Солнечный вакуумный водонагреватель обеспечивает сбор и преобразование солнечной энергии в любую погоду, вне зависимости от внешней температуры. Коэффициент поглощения энергии у подобных устройств составляет 97%.
Энергию Солнца в дело
Вакуумные водонагреватели прямого нагрева
Такие системы работают без давления. Подключение к водопроводу производится через запорный клапан, который поддерживает постоянный уровень воды в баке. Так как в качестве теплоносителя используется вода, такие водонагреватели можно использовать в период с мая по сентябрь, то есть до поры наступления ночных заморозков. Преимуществами водонагревателей такого типа являются простота конструкции, определяющая высокую надёжность и низкую стоимость, а также полная энергонезависимость.
Вакуумные водонагреватели косвенного нагрева
Применяются вакуумные тепловые трубки HP (Heate Pipe). Это более продвинутый тип трубки, который может работать при низких, до -50°С температурах. Коллектор и бак-накопитель расположены раздельно и соединены трубопроводом. Для соединения используют медную или удобную в монтаже гофрированную трубу из нержавеющей стали, которая не боится разморозки.
Системы с открытым контуром
Такая схема наиболее проста и эффективна и снижает эксплуатационные расходы, однако солевые отложения и коррозия со временем могут вывести её из строя. Коллекторы с открытым контуром популярны в регионах с круглогодичными положительными температурами или при сезонном использовании. Хотя они и способны противостоять умеренно отрицательным (до -20°С) температурам без повреждения.
Системы с закрытым контуром
В этих системах косвенного нагрева теплоносителем первого контура является антифриз, который и передаёт энергию бытовой воде через теплообменник внутри бака-теплоаккумулятора.
Они дороже, но при этом и более эффективны.
Системы с закрытым контуром имеют хорошую защиту от замораживания, поэтому они безальтернативны для тех районов, где влияние отрицательных внешних температур носит продолжительный характер.
Солнечный коллектор
Через верхнюю часть коллектора протекает незамерзающая жидкость, которая отбирает тепло от медных наконечников вакуумных трубок и циркулируя через теплообменник бака-аккумулятора (бойлера), таким образом нагревает в нём воду.
Цикл передачи тепла от коллектора к баку длится весь световой день, пока температура на выходе из коллектора выше температуры воды в баке.
Тепловой контур отделен от трубок, поэтому при повреждении одной или нескольких из них коллектор продолжает работать. Процедура замены трубок очень проста, ведь сливать антифриз из контура теплообменника нет необходимости.
Расширительный бак предохраняет систему от избыточного давления, возникающего при сильном нагреве теплоносителя.
Бак-аккумулятор тепла
Например, к ней легко можно подключить традиционный электрический или газовый водонагреватель, который страхует систему при неблагоприятных погодных условиях. Система обладает малой инерционностью и достаточно быстро выходит на рабочий режим, позволяя обеспечить горячее водоснабжение круглогодично, а сезонное отопление с экономией до 40% традиционного топлива в зависимости от географической широты местности и климатических условий.
Начало: Солнечный водонагреватель. Бесплатный источник тепла
Устройство вакуумного солнечного коллектора с трубками
Вакуумный солнечный коллектор с трубками — экологичный способ накопления энергии солнца и использования ее для теплоснабжения дома и обеспечения горячей водой. Размещаются такие устройства на крыше частных домов в правильно выбранном месте.
Под солнечным коллектором понимают устройство, которое собирает энергию излучения, а затем перемещает накопленную теплоту потребителям. На практике используют еще один термин – гелиоколлектор.
По назначению солнечные установки (гелиоустановки) использования подразделяют:
- гелиоконцентраторы – устройства, собирающие солнечную энергию в узкий поток. Их используют для плавки металла. В институте НПО «Физика-Солнце» (г. Ташкент) были разработаны и изготовлены плавильные печи, в которых достигнуты температуры более 5000…5500 °С;
- солнечные батареи – устройства для преобразования излучения от Солнца в электрическую энергию;
- гелиоопреснительные установки – машины, предназначенные для получения пресной воды из воды с высоким содержанием минеральных солей;
- гелиосушильные установки – тепловые устройства, в которых осуществляется удаление влаги из овощей и фруктов с использованием энергии Солнца;
- гелионагреватели (воздушный солнечный коллектор) – установки для передачи теплового потока от инфракрасного излучения к теплоносителям.
От обычных гелиосистем вакуумный солнечный коллектор отличается способом переработки солнечной энергии. Классическая батарея просто принимает свет и преобразовывает его в электричество. Коллектор же состоит из стеклянных трубок с воссозданным внутри вакуумом. В единую систему они объединяются посредством специальных стыковочных узлов.
Внутри каждой трубки располагается канал из одного или двух медных стержней с теплоносителем. Улавливая солнечные лучи, действующий элемент нагревает материал-теплоноситель, таким способом обеспечивая работу коллектора.
За счет такой конструкции уровень энергоотдачи значительно возрастает, а теплопотери существенно снижаются, так как вакуумная прослойка позволяет сохранить около 95 % улавливаемой солнечной энергии.
Кроме того, уменьшается зависимость производительности коллектора от сезонности, температуры окружающей среды и различных погодных условий, как то: порывы ветра, переменная облачность, выпадение осадков и пр.
Главными достоинствами считаются:
Минусов на настоящий момент не выявлено. Все, что говорят и пишут негативного о данном виде коллекторов, является неправдой.
Разновидности вакуумных коллекторов
В конструкции коллекторов используются два типа стеклянных трубок:
Ознакомимся подробнее с каждым из них.
Это своего рода термос, который состоит из двойной колбы. Наружная колба покрывается специальным веществом, поглощающим тепло. Между двумя трубками создается вакуум. Это позволило добиться того, что тепло при работе передается непосредственно от стеклянных колб.
Обратите внимание! В вакуумных коллекторах используется специальное стекло, изготовленное из боросиликатов. Такой материал пропускает большее количество солнечной энергии.
Внутри каждой трубки находится еще одна – медная (ее заполняют эфирной жидкостью). При повышении температуры эта жидкость испаряется, передает накопленное тепло и стекает обратно в виде конденсата. Далее цикл повторяется снова и снова.
Такого рода трубки состоят из одностенной колбы. К слову, по толщине стенок они существенно превышают коаксиальные аналоги. Медная трубка усиливается специальной гофрированной пластиной, обработанной влагопоглощающим веществом. Выходит, что воздух в данном случае выкачивается из всего теплового канала.
Такие каналы, к слову, тоже бывают разными:
- прямоточными;
- «Хит пайп».
Теплообмен в вакуумном солнечном коллекторе типа “Heat Pipe”
Другое их название – тепловые трубы.
Они работают следующим образом: эфирная жидкость в закрытых трубах при повышении температуры поднимается вверх по каналу, после чего конденсируется там в специально оборудованном теплосборнике.
В последнем жидкость передает тепловую энергию и опускается вниз по трубке. Из теплосборника тепло передается дальше в систему при помощи циркулирующего теплоносителя.
Коаксиальная вакуумная трубка heat-pipe с 2-трубным manifold’ом
Характерно, что металлические трубки здесь могут быть не только медными, но и алюминиевыми.
В каждом из таких каналов в стеклянной трубке находятся сразу два металлических патрубка. По одному из них жидкость попадает в колбу, нагревается там и выходит по второму.
При изготовлении гелиоагрегатов тепловые каналы и вакуумные стеклянные трубки для солнечных коллекторов комбинируют в самых разных сочетаниях.
Самой большой популярностью у потребителей пользуются коаксиальные модели с тепловым каналом heat pipe. Покупателей привлекает лояльная цена приборов и очень простое, доступное обслуживание в течение всего срока эксплуатации.
Вакуумные приборы с каналами heat pipe демонстрируют высокую надежность и не имеют никаких ограничений по использованию даже в высоконапорных гелиотермальных комплексах.
Приборы с коаксильной колбой, содержащей прямоточные U-образные каналы, тоже входят в перечень востребованных. Их характеризуют такие параметры, как низкая теплопотеря и КПД от 70% и выше.
Ситуацию несколько портят: сложный процесс ремонта, специфическое обслуживание в процессе эксплуатации и невозможность заменить отдельный испорченный узел. Если с прибором что-то случается, его демонтируют и на место ставят абсолютно новый коллектор.
Читайте также: Установка поверхностного насоса: как подключить своими руками
Перьевые трубки конструкционно представляют собой одинарный цилиндр из стекла с утолщенными прочными стенками (в зависимости от производителя от 2,5 мм и выше). Содержащаяся внутри вставка из перьевого абсорбента плотно облегает рабочий канал, изготовленный из теплопроводящего металла.
Почти безупречную изоляцию создает вакуумное пространство внутри стеклянной емкости. Абсорбент передает поглощенное тепло без потерь и обеспечивает системе КПД до 77%.
Модели с перьевым элементом стоят несколько дороже, нежели коаксиальные, но за счет высокой эффективности обеспечивают полноценный комфорт в помещении и быстро окупаются.
Наиболее эффективными и производительными являются перьевые колбы с внутренними прямоточными каналами. Их фактический КПД порой достигает рекордных показателей в 80%.
Цена изделий довольно высока, а при проведении ремонта обязательно требуется сливать из системы весь теплоноситель и только потом приступать к устранению неполадок.
Важно! Сделать солнечный коллектор своими руками вакуумного типа крайне сложно. Затраты могут быть весьма высокими.
Вакуумный солнечный коллектор своими руками изготовить можно. Потребуется приобрести стеклянные трубки для молочной промышленности или доильных установок. Они реализуются вместе со специальными резиновыми патрубками, с помощью которых могут монтироваться в разные монтажные схемы.
Внутри стеклянных труб потребуется расположить стальные или медные трубки, окрашенные в черный цвет. Сварку или пайку придется дополнительно защищать теплоизолирующими лентами, например, вырезанными из вспененного полиэтилена.
Изготавливая солнечный коллектор вакуумного типа, потребуется произвести откачку воздуха из стеклянных труб. Откачку воздуха выполняют с помощью вакуумного насоса.
Здесь понадобится использовать специальный штуцер, который плотно закроется сразу после отсоединения всасывающего трубопровода от вакуум-насоса.
Современные пластинчатые устройства позволяют получать разряжение до 25…30 % от исходного атмосферного значения.
Перед началом работ следует оценить свои силы. Подобные устройства довольно дороги в изготовлении. Здесь нужны не только дорогие инструменты и приспособления. Нужен еще и навык выполнения работ с вакуумными установками.
Можно собрать установку из готовых элементов:
Для того, чтобы вакуумный солнечный коллектор работал с максимальной эффективностью необходимо правильно расположить его в пространстве. Для северного полушария плоскость внешнего блока должна быть обращена на юг. Также имеет значение угол его наклона к горизонту. Он должен равняться широте местности, на которой происходит установка агрегата.
Кроме географических особенностей, необходимо учитывать геометрию крыши, где он устанавливается. Установить коллектор нужно таким образом, чтобы тень от надстроек крыши не падала на него ни при каких обстоятельствах.
Таким образом, солнечный коллектор вакуумного типа является эффективным решением для отопления и снабжения дома горячее водой. Однако его конструктивные особенности и зависимость от движения солнца, которое является для него источником энергии, требует соблюдения ряда особенностей при его монтаже.
Принцип работы вакуумного солнечного коллектора с трубками — описываем подробно
Солнечный коллектор – техническое устройство для поглощения тепловой энергии солнца в видимом и инфракрасном диапазонах с дальнейшей передачей полученной энергии теплоносителю. Используется в системах отопления и горячего водоснабжения зданий. По конструкции бывают: плоские и вакуумные.
Процесс нагревания воды от солнца
Для того, чтоб солнечное светило могло осуществить нагрев воды, должны быть осуществлены некоторые предпосылки. На протяжении всего года расход остается практически на одном и том же уровне. Именно по этой причине в роли энергетического источника для нагрева жидкости эффективнее всего использовать энергию большого светила – Солнца.
Если правильно осуществить установку солнечных коллекторов, то они способны увеличить температуру воды на 50- 65% в холодное время и до 100% в летнее.
Такие условия работы системы свидетельствуют о том, что в теплое время года можно будет отказаться от использования традиционных систем обогревания при помощи газа или электричества.
Использование такой системы в летнее время является крайне выгодным еще и по той причине, что выработанной энергии хватает даже на питание некоторых бытовых электрических машин, работающих на благо домашнего хозяйства.
Важным достоинством современных солнечных водонагревательных установок является простота технологического новшества, использование которого дает возможность жить комфортно, экономно, без нанесения вреда для окружающей среды.
Конструкция и принцип работы вакуумного солнечного коллектора
Предназначение плоского вакуумного солнечного коллектора заключается в обеспечении аккумулирования солнечной энергии при любых погодных условиях и температуре окружающей среды.
Как работает коллектор?
- Одним из важнейших элементов конструкции является автоматизированный резервуар-теплообменник, способный преобразовывать, поддерживать и сохранять тепло, полученное при накоплении солнечной энергии, а также и от дополнительных источников энергии, которые используются для подстраховки работоспособности системы отопления в целом.
- Вода, нагретая до определенной температуры, из теплообменника, расположенного во внутреннем блоке, подается в радиаторы, использующиеся для системы отопления, при этом вода, находящаяся в резервуаре, поступает в бак для поддержания ГВС.
- Для контроля значений рабочей температуры блоков и выбора требуемого режима работы системы установлен блок управления. Он отвечает за поток энергии теплового носителя через теплообменник и определяет куда именно стоит направить тепло: на водоснабжение либо отопление.
- В ночное время суток автоматика поддерживает минимальные параметры работы системы и поддерживает значения установленной температуры.
- Основное преимущество использования вакуумных солнечных коллекторов для отопления дома — это их малая инерционность. При этом их использование позволяет обеспечивать горячее водоснабжение в течение года и отопление в холодный период, позволяющее экономить традиционно использующиеся источники получения тепловой энергии.
Схема и конструкция солнечного коллектора
Основные блоки вакуумного коллектора: непосредственно вакуумный коллектор, резервуар-теплообменник и системный контроллер солнечных систем нагрева воды. Конструктивно вакуумный коллектор выполнен в виде трубчатых профилей, соединенных параллельными рядами. Как правило используются трубы конструкции ”стекло-стекло”, произведенные из боросиликатного стекла. Для покрытия внутренней трубы используется селективный слой, предназначенный для абсорбции солнечной энергии и устранения тепловых потерь. Функциональность таких труб позволяет их использовать при пасмурной погоде. При отрицательных температурах происходит преобразование в тепло как прямых, так и рассеянных солнечных лучей. Также для образования тепла используется природное ИК-излучение. Конструкция вакуумной трубы реализована по принципу термоса: она изготовлена из двух трубок различного диаметра, между которыми поддерживается вакуум. Вакуум обладает фактически нулевой теплопроводностью и обеспечивает высокий уровень термоизоляции.
- Вакуумные трубы во всесезонных системах имеют дополнительные термотрубки или тепловые трубки. Они представляются собой медные трубки, наполненные жидкостью с низкой температурой кипения. При непосредственном воздействием тепла происходит испарение жидкости. При этом забирается тепло самой трубки. Далее пар поднимается в расположенный выше наконечник, где происходит его конденсация и передача тепла тепловому носителю в основном контуре либо специальной жидкости, находящейся в отопительном контуре. Далее конденсат по стенкам стекает вниз и процесс возобновляется.
как работает солнечный коллектор
- Приемник коллектора как правило изготавливается из меди. При этом чаще всего применяется дополнительная полиуретановая изоляция. Приемник закрыт истом нержавеющего покрытия для дополнительной защиты. Передача тепла осуществляется посредством медной «гильзы» приемника. Отопительный контур отделяется от блока трубок, что позволяет поддерживать работу системы при поломке одной или нескольких трубок. Замена поврежденных трубок производится без слива используемой жидкости из рабочего контура.
- Резервуар-теплообменник выполняет функции бойлера и используется для аккумулирования и сохранения тепла. Резервуар, как правило, имеет внутри конструкции одну либо две спирали для теплообмена.
- Типичная конструкция системы как правило включает насос, манометр и клапан давления, кран для регулирования количества воды, различные соединительные механизмы и вентили, в том числе набор, обеспечивающий безопасное подсоединение резервуара к отопительной системе, вентиль безопасности давления в 6 атм. Бак дополнительно может быть оснащен электрическим нагревателем мощностью 1-3 кВт.
- Если требуется обеспечить единовременную подачу горячего водоснабжения и отопления, происходит распределение аккумулированной солнечной энергии. Когда заданное значение температуры достигается, подача тепла автоматически переводится на контур отопления. Настройки перераспределения тепла могут быть изменены в зависимости от времени года либо климатической зоны. К данной системе отопления могут быть подсоединены дополнительные отопительные приборы.
- Контроллер водонагревательных систем используется для задания значений температуры в резервуаре теплообменника и коллекторе, а также определения требуемого режима работы вакуумного солнечного коллектора согласно полученным данным.
- Основные функции контроллера заключаются в следующем: индикация температуры в основных блоках: коллекторе, резервуаре, индикация значения температуры в обратном потоке теплоносителя, задание температуры запуска, при которой используется принудительная циркуляция в теплоносителе, таймер пуска и остановки всей системы отопления, определение температуры и продолжительности работы функции дополнительного подогрева, задание минимального значения температуры, индикация датчиков, имеющих повреждения.
Конструктивные отличия
Главным конструктивным отличием вакуумных коллекторов являются стеклянные трубки, которые надежно закреплены на базовой панели. Такие трубки покрыты специальным веществом, которое способно притягивать солнечное тепло. Помимо этого, внутри такой трубки находится еще одна, меньшим диаметром.
Следует отметить, что между ними находится вакуум. Именно благодаря этой вакуумной прослойке удается сохранить большую часть тепла и повысить эффективность коллектора более чем на 30%, по сравнению с плоскими моделями. В таких коллекторах вода способна нагреться до 300 °C.
- Следующим не менее важным отличием вакуумных коллекторов является специальная жидкость внизу трубки, которая в результате нагревания превращается в пар, поднимаясь вверх, производит равномерное нагревание жидкости.
- Отметим, что именно в регионах с небольшой продолжительностью светового дня и минусовой температурой реализация такой работы аппарата дает существенный выигрыш в количестве добытой тепловой энергии.
- Относительно цены такие приборы имеют более высокую стоимость, нежели иные, однако, выходные характеристики оправдываются по истечении нескольких лет.
Как сделать своими руками
Изготовить вакуумный коллектор своими руками возможно, но только в том случае, если воспользоваться вакуумными трубками и блоком концентратором заводского производства. Обусловлено это тем, что в кустарных условиях невозможно создать вакуум внутри основного элемента – трубок, а при попадании воздуха снизится теплопроводность устройства и как следствие КПД создаваемого агрегата.
Для изготовления коллектора понадобятся:
- На медный стержень надеваются теплопроводные пластины и заглушки;
- Устанавливается стержень в вакуумную колбу;
- Одеваются фиксирующие чашки;
- Одевается защитный пыльник;
- Стержень помещается в блок-концентратор;
- Процесс повторяется со следующей трубкой.
После сборки солнечный коллектор монтируется на подготовленной плоскости, при этом необходимо учесть следующие условия, как то:
- При монтаже коллектор следует ориентировать на юг;
- Создать условия для недопущения затенения коллектора;
- Создать защиту от перегрева;
- Надежно закрепить коллектор на подготовленной поверхности.
Достоинства вакуумных коллекторов
Для осуществления работы системы используются вакуумные изолированные приспособления.
Главным достоинством таких тепловых соединений является постоянная работоспособность и при пониженных температурах (до — 40 °C) и усиленном давлении водопроводных каналов.
Сам прибор с накопительным баком устанавливаются по отдельности, которые соединяются при помощи специальных металлопрокатных изделий.
Для получения максимального количества солнечной энергии стандартный вакуумный коллектор устанавливают на крыше дома, а накопительную емкость внутри помещения. Такие установки получили название всесезонных сплит-систем.
Работоспособность косвенных устройств автоматизирована при использовании контроллеров, а бесперебойная циркуляция носителя тепловой энергии в системе осуществляет насос.
Главными достоинствами коллекторов солнечного тепла являются:
К недостаткам использования работы такой системы необходимо отнести высокую стоимость оборудования, окупаемого по истечении нескольких лет.
Средние цены
Как уже писалось выше, вакуумные солнечные коллекторы производят в нашей стране и многих странах мира. Для того чтобы понять порядок цифр, из которых складывается ситуация на рынке этих аппаратов, изучим сколько стоят вакуумные коллекторы, которые рассматривались выше, это:
- Стоимость солнечного коллектора «Сокол-Эффект» выпускаемого ВПК «НПО Машиностроения», по состоянию на года составляет — 21900,00 рублей.
- Стоимость коллекторов компании «АльтЭнергия» составляет для:
- Стоимость вакуумных коллекторов компании ПК «АНДИ Групп» составляет:
- Стоимость коллекторов компании «GREENoneTEC» составляет:
- Стоимость коллекторов компании «Guangdong Fivestar Solar Energy Co., Ltd» составляет:
Распространенность солнечных коллекторов
На сегодняшний день ситуация распространения солнечных коллекторов претерпела небольших изменений. Ввиду изменения климата в некоторых областях использование солнечных коллекторов приобрело больше популярности.
Солнечные коллекторы с успехом используют как для реализации бытовых нужд, так и для обогрева жилых помещений, на предприятиях различных масштабов, на овощных плантациях. Такой способ получения энергии стал достаточно популярен в Европейских государствах, для которых экономия средств стоит на первом месте: США, Китай, Германия и так далее.
Для всего мира массовый переход на солнечную энергию означает прорыв в современных технологиях, которые обеспечивают большие возможности обеспечения населения планеты бесплатным электричеством, не оказывающим пагубное воздействие на атмосферу.
Использование такого рода коллекторов является прекрасной альтернативой электрического и газового отопления, так как является экологически чистым устройством, не осуществляющим выбросы в атмосферу. Помимо этого наибольшим достоинством использования такого рода устройств является экономическая выгода.
Плюсы и минусы вакуумных коллекторов
К положительным аспектам использования можно отнести следующие:
- Возможность создания полностью автономной системы теплоснабжения.
- Неисчерпаемый, возобновляемый источник энергии, каким является солнце.
- Надежность устройств.
- Ремонтопригодность устройств.
- Экологическая безопасность устройств.
К недостаткам вакуумных коллекторов относятся:
- Высокая стоимость устройств.
- Влияние погодных условий на производительность аппаратов.
- Невозможность повсеместного использования, определяющаяся регионом проживания потенциальных потребителей.
Конструкция вакуумного солнечного коллектора
Источник: http://forum.truba.ua/index.php?topic=2983.030 Апрель 2008
Принцип работы
Солнечный вакуумный коллектор (преобразователь тепловой энергии солнца) обеспечивает сбор солнечного излучения в любую погоду, вне зависимости от внешней температуры. Коэффициент поглощения энергии таких коллекторов, при степени вакуума 10ֿ, составляет 98 %. Солнечные коллекторы обычно устанавливаются непосредственно на крыше зданий таким образом, чтобы наиболее эффективно использовать площадь крыши для сбора энергии. Коллекторы монтируются практически под любым углом, от 5 до 90 градусов. Минимальный угол наклона необходим для обеспечения циркуляции теплоносителя Срок службы вакуумных коллекторов — не менее 20 лет.
Резервуар-теплообменник представляет собой автоматизированную систему преобразования, поддержания и сохранения тепла, полученного от энергии солнца, а также и от других источников энергии (например, традиционный водонагреватель, работающий на электричестве, газе или дизтопливе), которые страхуют систему при недостаточном количестве солнечной энергии. Нагретая таким образом вода поступает из теплообменника внутреннего блока в радиаторы системы отопления, а вода из резервуара используется для горячего водоснабжения.
Блок управления предназначен для контроля температуры в солнечном коллекторе и резервуаре-теплообменнике, а также для выбора, в зависимости от величины этих температур, оптимального режима работы системы в течение суток. При этом контроллер регулирует поток теплоносителя через теплообменник, определяет направление подачи тепла (на ГВС или на отопление). В ночное время автоматика системы обеспечивает минимально необходимое привлечение дополнительной энергии для поддержания заданной температуры внутри помещения. Система обладает малой инерционностью, быстрым выходом на рабочий режим и позволяет обеспечить:
- Круглогодичное горячее водоснабжение;
- Сезонное отопление с экономией традиционных источников тепловой энергии до 80% (в зависимости от географической широты и климатических условий).
Конструкция элементов
вакуумный коллектор
Конструкция коллекторов с вакуумными трубами состоит из параллельных рядов прозрачных трубчатых профилей. Используются трубы типа ”стекло-стекло”. Внутренняя труба покрыта специальным селективным слоем, который хорошо абсорбирует солнечную энергию и препятствует потерям тепла.
Такие трубы функционируют и в пасмурную погоду, и при отрицательной температуре, они преобразуют прямые и рассеянные солнечные лучи в тепло. Инфракрасное излучение, которое проходит сквозь облака, также поглощается и преобразуется в тепло.
Трубки обычно выполнены из боросиликатного стекла.
Конструкция вакуумных труб похожа на конструкцию термоса: одна трубка вставлена в другую с большим диаметром. Между ними вакуум, который представляет совершенную термоизоляцию. Для всесезонных систем в коллекторах применяются вакуумные трубы с встроенными термотрубками (тепловыми трубками).
Термотрубка – это закрытая медная труба с небольшим содержанием легкокипящей жидкости. Под воздействием тепла жидкость испаряется и забирает тепло вакуумной трубки. Пары поднимаются в верхнюю часть – наконечник, где конденсируются и передают тепло теплоносителю основного контура водопотребления или незамерзающей жидкости отопительного контура.
Конденсат стекает вниз, и все повторяется снова.
Приемник солнечного коллектора медный с полиуретановой изоляцией, закрыт нержавеющим листом. Передача тепла происходит через медную „гильзу“ приемника. Благодаря этому отопительный контур отделен от трубок, при повреждении одной трубки коллектор продолжает работать. Процедура замены трубок очень проста, при этом нет необходимости сливать незамерзающую смесь из контура теплообменника.
Резервуар-теплообменник
Конструктивно выполнен в виде бойлера-накопителя. Предназначен для накопления и сохранения тепла, и обычно включает в себя одну или две внутренние теплообменные спирали.
Остальное оборудование системы обычно включает насос, манометр, клапан давления, вентили, кран регулировки налива воды, соединители, манометр, вентиль безопасности на 6 атм., набор для безопасного подсоединения к отопительной системе.
Как опция бак может оснащаться электронагревателем мощностью от 1 до 3 кВт.
При одновременной потребности в горячей воде и отоплении, солнечная энергия распределяется между нагревом главного котла и горячим водоснабжением. При достижении заданной температуры, автоматика переключает подачу тепла на отопительный контур.
Такая последовательность работы системы может быть изменена на прямо противоположную, в зависимости от климатической зоны или времени года. Система сконструирована таким образом, что к ней легко могут подсоединяться другие нагревательные системы.
Системный контроллер для солнечных водонагревательных систем
Контроллер предназначен для контроля температуры в солнечном коллекторе, в резервуаре-теплообменнике и выбора, в зависимости от величины этих температур, оптимального режима работы системы в течение суток.
Читайте также: Высота ванны от пола: стандарты, нормы и допустимые отклонения для монтажа
Контроллер выполняет следующие основные функции:
- Индикацию температуры коллектора;
- Индикацию температуры в резервуаре;
- Индикацию температуры обратного потока теплоносителя;
- Установка температуры включения принудительной циркуляции теплоносителя;
- Установка времени включения и выключения системы отопления;
- Установка температуры и времени дополнительного подогрева;
- Установка температуры «антизамерзания»;
- Индикацию повреждения датчиков.
Типы гелиосистем
Различают два типа гелиосистем: сезонные и круглогодичные (всесезонные)
К сезонным системам относятся вакуумные коллекторы с прямой теплопередачей солнечной энергии воде. В таких системах вакуумные трубки расположены под определенным углом и соединены с накопительным баком. Из него вода протекает прямо в трубки, нагревается и возвращается обратно.
К преимуществам этой системы относится непосредственная передача тепла воде без участия других элементов. Минусом можно считать несколько больший объем воды контура теплообменника (60-200 литров). Основным преимуществом остается низкая стоимость и высокий КПД, до 98 %.
К всесезонным системам относятся вакуумные коллекторы с термотрубками. Принцип действия таких коллекторов прост и припоминает работу установки центрального отопления. Это закрытая система, в которой, через верхнюю часть коллектора и змеевик протекает, незамерзающая жидкость.
Эта жидкость забирает тепло из медных наконечников, а затем горячая жидкость перекачивается через змеевик бака-аккумулятора и нагревает воду в баке.
Цикл передачи тепла из коллектора к аккумулятору длится до тех пор, пока длится день (и температура на выходе коллектора выше температуры в баке на уровне теплообменника). Работу насоса контролирует электронный контроллер. Датчики контроллера находятся в коллекторе и в баке-аккумуляторе.
Они измеряют температуру в системе. Кроме того, расширительный бак предохраняет систему от слишком высокого давления, возникающего при возрастании температуры и не использовании воды потребителями.
Область применения
- Обеспечение горячим водоснабжением жилых домов, коттеджей, дачных домиков, гостиниц, ресторанов, теплиц, бассейнов и т.д.;
- Отопление помещений в весенне-осенний период и экономия энергоносителей системы отопления в зимний период до 50%.
- Поддерживающее отопление помещений при применении с технологией «теплый пол»
Эта статья прочитана 13100 раз(а)!
Продолжить чтение
- Вакуумные солнечные коллекторы
- Сплит-система с вакуумными коллекторами
- Вакуумный коллектор с баком Suntask STH
- Система с вакуумными коллекторами YFCY
- Вакуумный коллектор с тепловыми трубками
- Испытания вакуумных солнечных коллекторов
Функции и конструкция вакуумных трубок
Солнечный коллектор — это устройство, предназначенное для производства нагрева материала-теплоносителя путем сбора тепловой солнечной энергии. Одной из составляющих и непосредственно сердцем солнечного коллектора, являются вакуумные трубки. Расположение трубок в вакуумной трубке создает идеальную термоизоляцию — сосуд Дьюара.
Сосуд Дьюара — это приспособление, предназначенное для теплоизоляции вещества содержащегося в нем. Подобный сосуд был открыт шотландским химиком и физиком в 1892 году по имени Джеймс Дьюар.
Устройство вакуумной трубки отвечает за трансформацию света в тепло, путем поглощения света. Поглощение тепла происходит благодаря внешней и внутренней стенке, после чего тепловая энергия передается воде, которая отделена стеклом. Кроме преобразования света в тепло она имеет и другую функцию, предотвращение потери тепла при помощи способа вакуумной изоляции трубки солнечного коллектора.
Конструкция трубок
Подобный трубчатый элемент по своей конструкции походит на термос. Представляет собой две стеклянные трубки, одна из которых вставлена в другую. Торцы каждой из трубок запаяны.
Трубка, располагающаяся внутри другой, имеет черное покрытие, поглощающее свет, в пространстве между ними полностью отсутствует воздух.
Покрыта она черным нитритом алюминия, которые поглощает более 95 % падающего солнечного излучения.
Изготовлены вакуумированные части из боросиликатного стекла, которое также используется в производстве сварочных кухонных поверхностей. Подобное стекло устойчиво к возникновению трещин и имеют высокий уровень вязкости. К тому же вакуумированные трубы высокопрочные и защищены от повреждений, которые может нанести град. Изготовлены трубчатые элементы из толстого стекла.
Вакуумированная изоляция
Вакуумный трубчатый элемент неспроста так называется, свое наименование он получил из-за процесса, при помощи которого из пространства между ними выкачивают воздух. Такой процесс называется — вакуумирование пространства. За счет чего между трубами образуется безвоздушное пространство.
Благодаря этому процессу даже в холодную погоду вакуумные трубчатые коллекторы сохраняют большую часть тепла и не отдают его обратно в атмосферу. Именно потому солнечные вакуумированные коллекторы являются идеальными для горячего водоснабжения для мест с холодной зимой.
Также благодаря вакууму трубы способны выносить резкие перепады температуры, при этом, не теряя тепло. Так, трубчатые элементы коллекторов остаются эффективными в различных погодных условиях.
Кроме выкачивания воздуха, в безвоздушное пространство помещают специальный газ, бариумный поглотитель, благодаря ему в безвоздушное пространство не попадают различные газы, из-за которых трубчатые части солнечных коллекторов будет плохо сохранять тепло, что приведет к потере эффективности коллектора.
Этот газ способен обеспечить жизнестойкость трубок коллектора до 15-20 лет. Со временем газ сможет просочиться внутрь трубы, тогда благодаря бариумному поглотителю цвет стенки внутреннего элемента превратится из серебристого цвета в белый цвет. Это поможет определить, когда устройство выходит из строя, и нуждается в смене труб.
Принцип работы трубок
Как уже говорилось ранее, вакуумные трубки работают по принципу термоса. Полость между трубками заполняется жидкостью и образует безвоздушное пространство.
За счет чего тепловые потери уменьшаются благодаря сохранению более чем 90% энергии, которая улавливается.
Это означает, что за счет безвоздушной прослойки нагрев воды возможен даже при температуре окружающей среды с показателем минус.
Боросиликатное стекло, из которого изготовлены наружные оболочки труб, способно длительное время сохранять оптические характеристики, к тому же оно обладает повышенной прочностью.
Использование подобной системы обеспечивает большой коэффициент полезного действия подобного аппарата.
Солнечные коллекторы способны сохранять работоспособность даже в условиях плохой освещенности и низких температур.
Солнечный коллектор остается эффективным на протяжении всего дня, потому как из-за цилиндрической формы, солнечные лучи будут попадать на трубы под прямым углом, благодаря чему минимизируется отражение света и потеря энергии. Подобные приборы обладают устойчивостью к различным факторам механического воздействия.
Преимущества вакуумных трубок
В зимнюю пору снег также является идеальной отражающей поверхностью, которая способна намного увеличить выработку тепла.
Снег, пыль, ветки и листья свободно проходят между ними, что позволяет обходиться без технического ухода, и при этом коллектор не теряет работоспособность и продолжает перерабатывать солнечный свет в тепло с той же эффективностью.
Типы вакуумных трубок
Трубчатый вакуумный коллектор бывает нескольких типов, их разновидность напрямую зависит от разновидности трубок.
Коаксиальные вакуумированные элементы прямого нагрева
Трубчатый элемент такого вида нагревается во время непосредственного контакта с внутренней стенкой, поглощающей тепло. Теплопоглощение увеличивается при помощи селективного покрытия, нанесенного изнутри стеклянной стенки.
Коллекторы, оснащенные такими вакуумными элементами просты, но при этом имеют ряд недостатков.
Из-за типа трубок, поглощать свет для преобразования в тепло коллекторы могут только в теплый период, также они не могут работать под высоким давлением, ведь трубка непосредственно контактирует с теплоносителем.
Коаксиальная вакуумированная трубка с системой heat-pipe
В такой системе специальная трубка-теплообменник передает тепло из трубы в теплообменник manifold’а.
Вакуумированные элементы с системой heat-pipe высокоэффективны и удобны во время монтажа.
Коаксиальная трубка с системой U-type
Еще один вакуумированный элемент, в котором расположен проточный теплообменник с U-образной формой.
Вакуумный солнечный коллектор сU-образной трубкой высокоэффективный, но при выходе из строя одной из вакуумированых частей, одиночную замену произвести невозможно, также, у них высокий уровень гидравлического сопротивления и высокие требования к теплоносителю.
Перьевая вакуумная трубка
Трубчатый солнечный коллектор с сердцем в виде перьевых труб самый эффективный. Вакуумный солнечный коллектор с расположенными перьевыми элементами выше по стоимости, но гораздо практичней остальных. Перьевые трубы — гибрид элементов heat-pipe и вакуумного плоского коллектора. На плоском тепловом абсорбере закреплена система heat-pipe и помещена в вакуум.
Солнечные трубчатые элементы в большинстве случаев используют для солнечных водонагревателей. Солнечные трубчатые части, в случае поломки можно менять, что не будет препятствовать работе всей вакуумной системе. При смене отдельной вакуумной трубчатой части, даже не нужно сливать теплоноситель, потому как каждый вакуумный элемент представляет собой отдельно взятый контур.
