24.05.2020

Солнечные водонагреватели и коллекторы с вакуумными трубками

Типы вакуумных трубок

Основным узлом любого солнечного вакуумного водонагревателя или солнечного вакуумного коллектора является батарея вакуумных трубок. Существуют шесть основных типов вакуумных трубок. В зависимости от типа вакуумной трубки различается и физический принцип нагрева воды в баке солнечного водонагревателя или в манифолде солнечного коллектора.

У вакуумных трубок коаксиального типа основным элементом является стеклянный термос выполненный по технологии «колба в колбе» (как в бытовом термосе). Основные типоразмеры диаметров колб на нашем рынке 70, 58, 48, 37 мм. Длина колб на нашем рынке 1500, 1800, 2100 мм. Чем больше диаметр трубки и ее длина, тем больше площадь абсорбции и выше теплотворность трубки. Колбы вакуумной трубки выполнены из прочного боросиликатного стекла, стойкого к граду и механическим повреждениям.

На поверхности внутренней колбы наносится специальное многослойное селективное покрытие, которое позволяет утилизировать в тепло 92-96% спектра солнечного излучения (инфракрасного, видимого, ультрафиолетового). Чаще всего на рынке представлены трубки с 3-слойным покрытием, потому что 7-ми и 9-тислойное покрытие существенно удорожает стоимость трубок, а выигрыш дает всего на 2-3 процента. На рынке РФ трубки из-за покрытия имеют темно-синий цвет. В Китае и ЮВА более распространены трубки с покрытием серо-стального или серо-розоватого цвета.

После откачки воздуха из межстеночного пространства перед запаиванием носика колбы внутрь впрыскивается соль бария, которая образует на внутренней стенке колбы зеркальный слой. Этот зеркальный слой и является индикатором вакуума. При нарушении вакуума в трубке зеркальный слой превращается в мутный молочно-белый.

1. Вакуумные трубки первого типа (самые первые по времени изобретения) представляют собой колбу термоса (колба в колбе). Конструкция двух стеночная. Стенки стеклянных цилиндров имеют различную толщину: внешняя колба более прочная – 1,8±0,15мм, внутренняя колба – 1,6±0,15мм. Цилиндры вставлены один в другой и запаяны в верхней части (устье) трубки. Противоположный конец внутренней колбы удерживает в центре четырех лепестковая пружина. Пространство между стеклянными стенками заполнено техническим вакуумом (менее 5х10-3 Па) и создает преграду для потерь тепла (принцип работы колбы термоса).

Верхние концы (устья) вакуумных трубок вставляются через уплотнители в бак-термос, расположенный на раме над ними, и образуют с ним одну ёмкость. Принцип действия – термосифон между вакуумными трубками и баком- термосом водонагревателя. Теплоноситель системы – вода. Тип циркуляции – пассивный. Абсорбционный слой на поверхности внутренней колбы утилизирует солнечную энергию и нагревает стекло колбы, вода в вакуумной трубке нагревается от стекла, и она естественным образом поднимается вдоль верхней стенки колбы и поступает в бак- термос, одновременно более холодная вода из бака-термоса поступает вдоль задней стенки колбы в вакуумную трубку. Таким образом, происходит циркуляция воды внутри системы. Показатель максимального КПД (оптического КПД “??”) солнечного водонагревателя с вакуумными трубками достигает 92-96%.

2. Вакуумные трубки второго типа (не по времени изобретения, а как развитие первого типа) представляют собой колбу термоса (колба в колбе) как и первый тип, Отличием является то, что из внутренней колбы тоже откачан воздух до 1х10 -4 Па и внутрь залито 20 мл легкоиспаряющейся жидкости (аналог пропиленгликоля). На устье вакуумной трубки наварен стеклянный теплообменник-конденсатор длинной 150 мм и диаметром как внутренняя колба вакуумной трубки. Толщина стенок стеклянных колб, марка стекла, внешние типоразмеры у вакуумных трубок всех типов одинаковые, как и у вакуумных трубок первого типа. Вакуумные трубки такого типа в литературе и у производителей носят названия вакуумные трубки двойного вакуумирования (double vacuum tube (сокращенно DVT) или super vacuum tube).

Верхние запаянные концы вакуумных трубок (с теплообменником) вставляются через уплотнители в бак-термос, расположенный на раме над ними, и НЕ образуют с ним одну ёмкость. Теплоноситель системы – легкоиспаряющаяся жидкость находящаяся во внутренней колбе. Тип циркуляции – пассивный. Принцип действия – прямой теплообмен между теплообменником-конденсатором вакуумной трубки двойного вакуумирования (DVT) и водой в баке-термосе. Легкоиспаряющаяся жидкость в вакуумной трубке нагревается внутренней стеклянной колбы, которая нагревается от солнца, и при +35°С начинает испаряться. Пар поднимается и поступает в верхнюю часть вакуумной трубки, где расположен конденсатор-теплообменник, там контактируя через стекло с водой в баке- термосе, отдает тепло, конденсируется и стекает вниз в вакуумную трубку. Затем цикл повторяется, создавая таким образом непрерывный процесс теплообмена. Таким образом, происходит нагрев воды внутри бака-термоса. Прямого контакта между теплоносителем и водой – НЕТ! Показатель максимального КПД (оптического КПД “η_o“) солнечного водонагревателя с вакуумными трубками DVT достигает 90-92%.

3. Вакуумные трубки третьего типа (вторые по времени изобретения) тоже являются продолжением развития вакуумных трубок первого типа с включением элементов с теплопроводностью выше чем стекло и вода. Называются тепловые трубки этого типа «Heat Pipe». В верхней части колба закрыта пробкой с отверстием в центре диаметром 8 мм.

Внутри вакуумной трубки «Heat Pipe» помещена медная трубка диаметром 8 мм, запаянная с обоих концов и имеющая на верхнем конце расширение до 14 мм или 24мм (конденсатор-теплообменник).

Внутри медной трубки находится теплоноситель – легкоиспаряющаяся жидкость имеющая температуру кипения +35°С. Тип циркуляции – пассивный.

Рис.5
Вакуумная коаксиальная трубка в сочетании с тепловым каналом “Heat pipe”. 1-внешняя стеклянная колба, 2-высокоселективное поглощающее покрытие, 3-алюминиевая пластина-пружина, 4-вакуумная прослойка, 5-тепловой канал с легкоиспаряющейся жидкостью, 6-внутренняя стеклянная колба.

Медная трубка располагается в центре внутренней стеклянной колбы при помощи алюминиевой пластины-пружины, которая передает тепло от внутренней колбы к медной трубке.

Принцип действия – прямой теплообмен между конденсатором-теплообменником и водой в баке-термосе или антифризом в манифолде. Стеклянная стенка внутренней колбы нагревается от абсорбционного слоя и передает тепло алюминиевой пластине-пружине, которая удерживает медную трубку в центре колбы. От алюминиевой пластины тепло передается медной трубке. Легкоиспаряющаяся жидкость в вакуумных трубках «Heat Pipe» нагревается от стенок медной трубки, и при +35°С начинает испаряться. Пар поднимается и поступает в верхнюю часть медной трубки трубки, где расположен конденсатор-теплообменник, там контактируя через медную стенку с водой в баке- термосе или с теплоносителем-антифризом в манифолде, отдает тепло, конденсируется и стекает вниз в медную трубку. Затем цикл повторяется, создавая таким образом непрерывный процесс теплообмена.

Конструктивный контакт тепловой медной трубки «Heat Pipe» с медным манифолдом показан на рисунке приведенном ниже.

В связи с многократно теплопередачей от одних узлов к другим эффективность вакуумных трубок такого типа не высокая. Показатель максимального КПД (оптического КПД “η_o“) солнечного коллектора с тепловыми трубками «Heat Pipe» достигает всего 65%.

4. Вакуумные трубки четвертого типа. В этом типе вакуумных трубок внутри колбы-термоса проходит прямоточный «U»-образный тепловой канал из медной трубки диаметром 8 мм. А в манифолде потоки теплоносителя холодного и горячего разведены в две медные трубки диаметром 25 мм.

Фиксируется «U»-образная медная трубка алюминиевой пластиной-пружиной на внутренней поверхности которой находятся расположенные в диаметральной плоскости два канала для фиксации медной трубки. Данный тип солнечного вакуумного коллектора получил название коллектор с «U»-образной трубкой.

Рис.10
Вакуумная коаксиальная трубка с прямоточным тепловым каналом 1-внешняя стеклянная колба, 2-высокоселективное поглощающее покрытие, 3-алюминиевая вставка, 4-тепловой канал с теплоносителем, 5-вакуумная прослойка, 6-внутренняя стеклянная колба.

В коллекторе с «U»-образной медной трубкой, за счет уменьшения количества теплопередач (теплота от алюминиевого слоя передается сразу трубкам, в которых циркулирует теплоноситель), максимальный КПД может достигать 76%. Недостатком может являться то, что при определенном характере повреждения замены может потребовать весь солнечный коллектор, а не только колба.

По сравнению с трубками «Heat Pipe», U-образные изделия имеют большую гидравлическую сопротивляемость, предъявляют повышенные требования к теплоносителю и стоят значительно дороже. Коллекторы, функционирующие на прямоточных U-трубках, не могут работать под высоким давлением и обеспечивают качественную теплоотдачу только в период теплого сезона.

5. Вакуумные трубки пятого типа. Вакуумные трубки этого типа имеют большую толщину стеклянных стенок нежели коаксиальные вакуумные трубки (в зависимости от производителя от 2,5 мм и выше), и состоят не из двух, а из одной колбы. Внутренний абсорбционный элемент «трубка» из меди (диаметр 8мм) снабжается по всей длине прочным усилителем — гофрированной пластиной с высокоуровневым энергопоглощающим напылением темного синего цвета, своей формой напоминающую перо. Отсюда и название «Вакуумные перьевые трубки». В верхней части тепловая трубка, вне стеклянной колбы, снабжена конденсатором-теплообменником длинной 80мм и диаметром 14 или 24мм. Внутри стеклянной колбы создан технический вакуум до 5*10-3 Па. Внутри медной трубки находится теплоноситель – легкоиспаряющаяся жидкость имеющая температуру кипения +35°С. Тип циркуляции – пассивный.

Рис.11
Перьевая трубка с тепловым каналом типа “Heat pipe” 1-стеклянная колба, 2-вакуумная прослойка, 3-медный абсорбер с высокоселективным покрытием, 4-тепловой канал с легкоиспаряющейся жидкостью.

Солнечный свет попадая на пластину покрытую абсорбирующим составом нагревает ее. От нее тепло передается к медной тепловой трубке. При нагреве медной тепловой трубки внутри ее нагревается легкоиспаряющаяся жидкость, пар поднимается вверх и попадая в конденсатор-теплообменник остывает отдавая тепло антифризу в манифолде.

«Вакуумные перьевые трубки» с тепловой трубкой имеют более высокие оптические характеристики, чем коаксиальные вакуумные трубки «Heat Pipe». У некоторых производителей значение максимального КПД достигают 77%. Этому способствуют следующие конструктивные особенности: плоский абсорбер с непосредственной передачей теплоты к тепловой трубке, а так же один слой стекла, что значительно уменьшает отражение солнечного излучения. Так же удобным является процесс замены поврежденных трубок, не требующий замены всего коллектора и сливания теплоносителя всей системы.

6. Вакуумные трубки шестого типа. Вакуумные трубки этого типа являются продолжением развития вакуумных трубок пятого типа. Это тоже «Вакуумная перьевая трубка» только вместо тепловой трубки в ней организован более эффективный внутренний прямоточный канал. Т.е. вместо тепловой трубки вставлен в плотно облегающий перьевой абсорбент рабочий канал, изготовленный из медных трубок вставленных друг в друга, диаметром 8 и 5 мм. Трубка большего диаметра запаяна на нижнем конце, более тонкая трубка имеет открытый конец и не касается дна наружной трубки.

Рис.13
Перьевая трубка с прямоточным тепловым каналом 1-стеклянная колба, 2-вакуумная прослойка, 3-медный абсорбер с высокоселективным покрытием, 4- внутренний тепловой канал с теплоносителем (подающий), 5-наружный тепловой канал с теплоносителем (нагреваемый).

В манифолде потоки теплоносителя холодного и горячего разведены в две отдельные медные трубки. Принцип действия – прямой теплообмен. Солнечный свет попадая на пластину покрытую абсорбирующим составом нагревает ее. От нее тепло передается к медной трубке большего диаметра. Теплоноситель из водовода холодной воды в манифолде попадает в тонкую трубку и по ней опускается до низа вакуумной трубки, где попадает в межстеночное пространство между медными трубками нагревается и поднимается под давлением вверх в манифолд, попадая в водовод горячей воды.

Читать еще: Как правильно припаять светодиодную ленту?

Рис.14
Схема циркуляции теплоносителя в вакуумном коллекторе с перьевой трубкой и прямоточным тепловым каналом

При монтаже перьевых трубок в раму на стержень каждой детали одевают прочную обжимную гайку с кольцом и термостойкой прокладкой. Это обеспечивает герметичность всей конструкции и дает возможность коллектору полноценно функционировать в любых условиях.

Солнечная вакуумная трубка шестого типа имеет максимальный КПД для такого типа трубок, до 80%. Существует довольно заметное неудобство при эксплуатации солнечных коллекторов с таким типом трубок, так же как и у трубок с «U»-образной медной трубкой. При замене поврежденных трубок требуется сливать теплоноситель всей гелиосистемы. Так же эти коллекторы обладают довольно высокой ценой.

Вакуумный солнечный коллектор: принцип работы + как собрать самому

На горячее водоснабжение и отопление помещений тратятся немалые средства. Но существует альтернативный источник энергии – вакуумный солнечный коллектор. Слышали о таком? Он позволяет существенно снизить финансовые затраты на поддержание комфорта, обеспечивая максимальный греющий эффект при минимальных теплопотерях.

Этот прибор можно купить у производителей бытового оборудования или собрать самостоятельно в домашних условиях. Чтобы выбрать подходящую модель, предстоит изучить немало информации. Мы поможем вам определиться с основными критериями покупки.

В статье речь пойдет о принципе работы и устройстве вакуумного коллектора. Мы расскажем о конструкционных особенностях различных моделей, рассмотрим плюсы и минусы этих установок. Кроме того, подробно опишем, как сделать и установить вакуумный солнечный коллектор самостоятельно.

Материал сопровождается видеороликами, из которых вы узнаете о важных особенностях и принципах работы вакуумных коллекторов.

Принцип работы вакуумного агрегата

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.

Как устроен коллектор вакуумного типа?

Современные вакуумные приборы, обеспечивающие помещения теплом и горячей водой за счет солнечной энергии, технологически разнятся.

Коллекторы подразделяют на такие виды:

трубчатый без стеклянного защитного покрытия;
модуль с редуцированной конверсией;
стандартный плоский вариант;
устройство с прозрачной теплоизоляцией;
воздушный агрегат;
плоский вакуумный коллектор.

Все они имеют общее конструктивное сходство, так состоят из:

внешней прозрачной трубы, откуда полностью выкачан воздух;
нагреваемого патрубка, расположенного в большой трубе, где перемещается жидкий или газообразный теплоноситель;
одного или двух сборных распределителей, к которым присоединяются трубы большего калибра и входит циркуляционный контур тонких, размещенных внутри, трубок.

Целиком конструкция чем-то напоминает термос с прозрачными стенками, в котором выдержан беспрецедентно высокий уровень тепловой изоляции. Благодаря этой особенности корпус внутренней трубки приобретает способность качественно прогреваться и полноценно отдавать энергетический ресурс циркулирующему внутри теплоносителю.

Конструкционные нюансы и классификация

Коллекторы вакуумного типа классифицируют по виду стеклянных трубок, установленных в конструкции, либо по характеристикам тепловых каналов. Трубки обычно бывают коаксиальными и перьевыми, а тепловые каналы – U-образными прямоточными и heat pipe типа. .

Характеристика коаксиальных трубок

Коаксиальные трубки представляют собой двойную стеклянную колбу-термос с искусственно созданным между стенками вакуумным пространством. Внутренняя поверхность трубки имеет слой специального теплопоглащающего покрытия, поэтому фактическая передача тепла происходит непосредственно от стенок стеклянной колбы.

В качестве поглощающего элемента в стеклянную трубку впаивают медную трубку, содержащую эфирный состав. В процессе нагревания он испаряется, эффективно отдает свое тепло, конденсируется и стекает на нижнюю часть трубки. Затем цикл повторяется, создавая таким образом непрерывный процесс теплообмена.

Особенности перьевых трубок

Вакуумные перьевые трубки имеют большую толщину стенок, нежели коаксиальные, и состоят не из двух, а из одной колбы. Внутренний абсорбционный элемент из меди снабжается по всей длине прочным усилителем – гофрированной пластиной с высокоуровневым энергопоглощающим напылением.

Благодаря такой конструкционной особенности вакуум располагается непосредственно в тепловом канале, часть которого вместе с абсорбентом интегрируется непосредственно в колбу.

Коллекторы, изготовленные на основе перьевых вакуумных трубок, считаются наиболее эффективными в своем классе, отлично справляются с поставленными задачами и надежно служат в течение многих лет.

Принцип работы теплового канала heat pipe

Тепловые каналы heat pipe состоят из закрытых трубок, содержащих легко испаряющийся жидкий состав. Под воздействием солнечных лучей он прогревается, переходит в верхнюю область канала и сосредотачивается там в специальном теплосборнике (manifold).

Рабочая жидкость в этот момент отдает все накопленное тепло и снова опускается вниз для возобновления процесса.

Гильза теплообменника heat-pipe соединяется с теплообменником manifold’а посредством специального гнезда, впаянного в сам в 1-трубный теплообменник, либо огибается 2-трубным теплообменником.

Выделенную энергию из теплового резервуара отбирает теплоноситель и переносит ее дальше по системе, обеспечивая таким способом наличие горячей воды в кранах и батареях отопления. Система heat pipe легко монтируется и демонстрирует высокую эффективность при работе.

В случае поломки или выхода из строя без всяких сложностей существует возможность заменить испорченный узел на новый, не прибегая к реконструкции всей системы.

Ремонтные работы можно легко осуществить прямо на месте расположения коллектора, не демонтируя агрегат и не прикладывая к работе излишних усилий.

Описание U-образного прямоточного теплообменника

Трубка прямоточного теплообменника имеет форму буквы U. Внутри циркулирует вода или рабочий теплоноситель греющей системы. Одна часть элемента предназначается для холодного теплоносителя, а вторая корректно отводит уже нагретый.

При накаливании действующий состав расширяется и поступает в бак накопления, создавая таким образом естественную циркуляцию жидкости в системе. Специальное селективное покрытие, нанесенное на внутренние стенки, увеличивает теплопоглощающую способность и повышает эффективность системы в целом.

Трубки U-типа демонстрируют высокую производительность и дают солидную теплоотдачу, но при этом имеют один существенный недостаток. Они составляют одну целостную конструкцию с manifold’ом и всегда монтируются вместе с ним.

Заменить отдельную одиночную трубку, вышедшую из строя, не получится. Для ремонта потребуется демонтировать весь комплекс полностью и на его место поставить новый.

Сравнение различных модификаций

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.

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.

Каким должен быть теплосборник?

Теплосборник – еще один очень важный рабочий элемент вакуумного коллектора. Посредством этого узла осуществляется передача накопленного тепла от трубок к теплоносителю.

Теплосборник располагают в верхней части прибора. Один из его компонентов, медный сердечник, принимает энергию и передает ее основному теплоносителю, циркулирующему в замкнутой системе «теплообменник бака-коллектор».

Корректную работу гарантирует подключенный к системе циркуляционный насос. Управляющая греющим комплексом автоматика, четко следит за уровнем температуры в каналах и, в случае ее падения ниже допустимого критического минимума (например, в ночное время суток), останавливает работу насоса.

Это позволяет избежать обратного прогрева, когда теплоноситель начинает забирать тепло горячей воды, собравшейся в накопительном баке.

Плюсы и минусы коллекторов вакуумного типа

Главным достоинством агрегатов называют практически полное отсутствие теплопотерь в процессе эксплуатации. Это обеспечивает вакуумная среда, являющаяся одним из самых качественных естественных изоляторов. Но на этом список преимуществ не заканчивается.

Вакуумные солнечные коллекторы для отопления дома и ГВС

Чтобы определить теплоэффективность гелиосистем, следует разобраться как работают солнечные водонагреватели, а также правильно рассчитать их мощность.

Как работает вакуумный коллектор

При поглощении ультрафиолетового излучения продуцируется достаточное количество тепла, чтобы обеспечить потребности ГВС. Можно подогреть воду для бассейна, душа. В зимнее время года коллекторы обеспечат некоторым количеством тепловой энергии для обогрева дома.

Существует два типа вакуумных трубок. Устройства отличаются принципом нагрева и хранения воды:

«Мокрая трубка» — особенность внутреннего устройства в том, что накопительный бак установлен непосредственно на краях блока. Вода нагреваясь поступает в бак, холодная стекает в трубки. Второе название — солнечный коллектор на вакуумных трубках прямого нагрева.
Конструкция U-образного типа, heat-pipe — в этом случае накопительная емкость не соединена непосредственно с ёмкостью. Бак может устанавливаться в любом месте дома, подключаясь к системам водоснабжения и отопления.
В последнее время получили распространение перьевые солнечные водонагревательные коллекторы с вакуумными трубками, своеобразный гибрид системы heat-pipe и плоского абсорбера. Все перечисленные типы водонагревателей используют режим косвенного нагрева.

Независимо от принципа теплопередачи устройство вакуумных трубок остается практически без изменений. Используется идентичный способ абсорбции.

Устройство вакуумных трубок

Внутренняя конструкция схожа для всех типов гелиоколлекторов. Трубка вакуумного солнечного водонагревателя устроена следующим образом:

прозрачная стеклянная колба, из которой полностью выкачан воздух;
медная трубка, расположенная внутри коллектора, с газообразным или жидким теплоносителем;
один или два сборных распределителя;
отражатели, фокусирующие излучение на колбы.

Вакуумные трубки солнечного коллектора изготавливают из прочного боросиликата. Дополнительно внутренняя поверхность обработана специальным поглощающим слоем. Покрытие трубок выполнено с использованием бариевого газопоглотителя. В исправном состоянии цвет колбы серый, при разгерметизации становится белым. Трехслойное покрытие обеспечивает максимальную абсорбцию и моментальную теплопередачу. Эффективность поглощения тепла не менее 70%.

Читать еще: Как сделать контрольную лампу для авто?

Солнечный коллектор на вакуумных трубках работает следующим образом:

при попадании прямых солнечных лучей происходит абсорбция тепла и передача его медной сердцевине;
теплоноситель в трубке закипает и испаряясь поднимается вверх к конденсатору;
пар отдает энергию возвращаясь в первоначальное состояние;
жидкость стекает обратно в медную трубку, играющую роль теплообменника.

В устройстве вакуумных коллекторов обязательно присутствует накопительная емкость. В режиме косвенной теплопередачи конденсатор соединен с магистралью, отводящей энергию в буферный бак, установленный внутри дома. В режиме прямой теплоотдачи вакуумные трубки соединены с накопительным баком, подключаемым непосредственно к точке водоразбора.

Система водоснабжения работает:

Под давлением — при открытии крана ГВС горячую воду из емкости вытесняет холодная. В систему обязательно устанавливают циркуляционный насос. Рабочее давление 0,6 Мпа. Решение применяется в коммерческих целях. Оптимальный вариант для нагрева воды в кемпингах, гостиницах и пансионатах.
Без давления — вода к точкам разбора сбегает самотеком. Второе название гелиосистемы: термосифонная или работающая с использованием естественной конвекции.

Технические характеристики коллекторов во многом зависят от принципа передачи тепловой энергии конечному потребителю.

Работа в режиме прямой теплоотдачи

В системах прямой передачей тепла бак соединен с абсорбирующими колбами. Принцип работы вакуумной трубки солнечного коллектора прямого нагрева следующий:

бак объемом до 200 л, подсоединен к колбам коллектора;
нагретый до состояния пара теплоноситель подается в медный змеевик, выполняющий функции теплообменника и расположенный внутри накопительной емкости;
разогретый теплообменник отдает тепло воде, окружающей его;
после охлаждения теплоноситель возвращается обратно внутрь колбы.

Циркуляция осуществляется при помощи естественной конвекции. Баки с прямой теплопередачей способны разогреть до 300 л. воды в сутки, с номинальной температурой до 60°C. Система предназначена исключительно для сезонного использования, с апреля до сентября (период зависит от территориального расположения вакуумного коллектора).

Режим косвенной теплопередачи

Косвенный принцип работы вакуумного солнечного коллектора отличается тем, что полученное тепло направляется в буферную емкость, расположенную в доме. Максимальный объем бойлера косвенного нагрева указывается в технической документации.

Преимущество систем с БКН в том, что их можно использовать вне зависимости от времени года. Зимой солнечный водонагреватель продолжает работать, абсорбируя дополнительную тепловую энергию, направляемую в систему отопления дома. Максимальная температура нагрева теплоносителя в вакуумных трубках достигает 250-300°, чего более чем достаточно для подогрева воды.

Медный теплообменник расположенный в вакуумных колбах заполняют антифризом, что дает возможность коллектору работать даже при температуре до –50°C.

Работа системы в зимний период

Для зимы, как видно из графиков, способны удовлетворить около 15-20% тепловых затрат:

Плюсы и минусы коллекторов с вакуумными трубками

Опыт использования гелиоустановок на территории РФ достаточно продолжительный, что позволяет увидеть реальную картину теплоэффективности систем. При описании достоинств и недостатков учитывают возможности работы в режиме отопления и горячего водоснабжения, технические характеристики и реальные отзывы о вакуумных коллекторах.

Для определения рентабельности важно принимать в расчет сроки окупаемости гелиоустановок, с учетом существующих законов, действующих на территории Российской Федерации.

Об эффективности в режиме отопления

Важно помнить, что коллекторы не используются в качестве основного источника тепла в доме. Цель подключения компенсировать определенные энергозатраты. Причем изначально в отапливаемом здании должен быть установлен котел, способный полностью обогреть здание.

Эффективность гелиоустановки определяется тем, на сколько процентов система с солнечными вакуумными коллекторами способна компенсировать затраты на отопление дома. Максимальные показатели достигают 40-50%.

За время эксплуатации в регионах с холодным и средним климатом были выявлены следующие преимущества вакуумного коллектора, по сравнению с плоскими гелиоколлекторами:

оптимальное соотношение стоимости и теплоотдачи;
теплопотери минимальны, 75% абсорбируемой энергии передается в буферную емкость;
трубчатая гелиосистема способна работать при отрицательных температурах и при низком ультрафиолетовом излучении, что делает возможным всесезонное солнечное отопление с использованием вакуумных коллекторов;
простая установка и демонтаж.

Практика показывает, что в зимнее время года аккумулируемого тепла достаточно для полноценного отопления системой теплых полов. Даже при низкой солнечной активности теплоноситель будет прогреваться до температуры 30-40°C. Водяные полы соответственно будут нагреваться до комфортных 26-35°C.

Отопление частного дома солнечными вакуумными коллекторами имеет несколько недостатков:

высокая стоимость — необходимость первоначальных вложений;
жесткие требования к монтажу, при неправильном угле наклона, относительно земли теплоэффективность резко снижается;
обслуживание — еще один недостаток вакуумных коллекторов: в зимнее время года трубки, нередко заметает снегом, их приходится чистить.

В зимнее время года работают исключительно коллекторы с выносным баком. Буферная емкость к которой подключаются вакуумные трубки, используется для обеспечения многовалентных систем отопления.

Использование для горячей воды

Солнечные коллекторы применяются в качестве основного водонагревателя летом и дополнительного в зимнее время года. Система ГВС на вакуумных коллекторах, с апреля по сентябрь, стабильно обеспечивает высокую температуру подогрева жидкости. Установка с прямой теплоотдачей на 30 трубок, способна подогреть около 300 л. воды в течение одного дня, чего более чем достаточно для принятия душа 4-5 человек.

Зимой для нагрева воды мощности может быть недостаточно. В внешних накопительных баках дополнительно устанавливают электроТЭН, предназначенный компенсировать недостаток нагрева. Существуют решения, в которых для подогрева воды гелиосистемы работают одновременно с бойлером.

Горячее водоснабжение от солнечных вакуумных коллекторов, также, как и аналогичная система отопления, требует значительных первоначальных вложений, что и остается главным недостатком. Рентабельность применения достигается при коммерческом использовании гелиоводонагревателей. В гостиницах, кемпингах, отелях окупаемость систем достигается через 3-4 года.

Как выбрать коллектор вакуумного типа

Для начала следует определиться для какой цели выбирается гелиосистема. Для удовлетворения потребностей в ГВС в течение дачного сезона, подойдет моноблочный водонагреватель. Объем накопительного бака до 200 л.

Чтобы отапливать помещение используются исключительно вакуумные коллекторы с внешним баком косвенного нагрева. Следует ознакомиться со следующими техническими характеристиками:

коэффициент тепловых потерь;
параметры оптического КПД;
площадь установки.

По указанным параметрам можно определить производительность вакуумного коллектора и в конечном счете высчитать окупаемость системы.

Как рассчитать мощность гелиоколлектора

Для приблизительных расчетов потребуется:

определить коэффициент инсоляции (для Московской обл. равен 1137,7);
узнать активную площадь абсорбции вакуумной трубки (в среднем 0,15 м²);
с помощью технической документации узнать КПД коллектора (0,67).

Имея перечисленные данные можно высчитать мощность одной вакуумной трубки. Для этого умножаем все числители между собой. В итоге получаем, что в течение года одна колба способна произвести 117,95 кВт/час, что равняется 0,325 кВт/час в течение одного дня. Дальнейшие расчеты не представляют сложности. Умножаем полученную производительность на количество вакуумных колб:

15 трубок = 4,8 кВт/час;
20 трубок = 6,5 кВт/час;
30 трубок = 9,75 кВт/час.

Оптимальный расход теплоносителя высчитывается в согласии с средней нормой тепловой энергии для обеспечения потребностей ГВС в день. Для удовлетворения нужд в горячем водоснабжении, на одного человека требуется от 2 до 4 кВт.

Годовая инсоляция одного квадратного метра горизонтальной площадки в разных городах России в мегаваттах

Система под давлением «Универсал»

Бойлеры косвенного нагрева
- Бак-аккумулятор и бойлер серии ALFA
- Бойлер серии Comfort и Comfort Plus
- Бойлер серии Delta
- Бойлер серии Omega и Omega Plus
- Бойлер серии Omicron и Omicron Plus
- Бак-аккумулятор серии PS
- Бойлер серии Sigma
- Бойлер серии Standart
Солнечные коллекторы для нагрева воды и отопления
- Сплит-система «Стандарт»
- Сплит-система «Элит»
- «Панель»
- Система под давлением «Универсал»
- Система без давления «Дача»
- Сокол-Эффект
- Теплоноситель
Дизайн-радиаторы отопления
- Гидравлические дизайнерские радиаторы
- Электрические дизайнерские радиаторы
Светильники
- Домашнее освещение
- Уличное освещение
Запасные части для ж/д транспорта
- З/ч части для вагонов
- З/ч для тормозных систем
- З/ч для тягового состава
- З/ч для цистерн
- Междувагонные соединения

Вакуумный солнечный коллектор «Универсал»

Модель CP-II с тепловыми трубками Heat Pipe.

Система под давлением всесезонного использования.

Солнечные коллекторы (водонагреватели) с вакуумными трубками поглощают солнечную энергию, превращая её в тепловую энергию. За счёт солнечной энергии эта система способна обеспечивать до 100 % ежедневной потребности в ГВС для бытовых и производственных целей. За счёт вакуума в трубках потери тепла в атмосферу минимальные.

Назначение.

Для обеспечения горячего водоснабжения в домах и на дачах, в гостиницах, санаториях, пансионатах, спортивных комплексах, учреждениях общественного питания, турбазах, для любой производственной, хозяйственной и сельскохозяйственной деятельности, где требуется горячая или подогретая вода (например: для пастеризации, мытья, стирки тканей и т.д.).
Для подогрева воды в открытых и закрытых бассейнах, а также в других придомовых водоёмах.

Преимущества использования.

Система под давлением.

Солнечный коллектор система под давлением. Гелиосистема получила свое название “под давлением” потому, что бак солнечного коллектора и вся система находится под давлением водопроводной сети, которая подключается непосредственно к водяному баку этого солнечного водонагревателя.

Heat Pipe.

Что такое «Heat Pipe»? Heat pipe в переводе означает тепловая труба. Трубка разработана на основе вакуумированной колбы с прозрачной внешней стенкой. Внутрь колбы введена контактная пластина и медный теплопроводный стержень. Данная трубка устойчива к перегреву и замораживанию, работоспособна без повреждений до -50°С.

Комплектация.

Конструкция вакуумной трубки схожа с конструкцией стеклянной колбы термоса: между внутренней и внешней колбой трубки находится вакуум. В каждую трубку встроена медная тепловая трубка (Heat Pipe) с запаянной внутри её плоскости легко кипящей и испаряющейся жидкостью.

Солнечная энергия, поглощаемая трехслойным покрытием вакуумной трубки, преобразуется в тепловую энергию и передается тепловой трубке. Вакуумная трубка с Heat Pipe (далее – «тепловая труба») подсоединена к баку. Под воздействием тепла жидкость в тепловой трубе закипает и испаряется в верхнюю часть (конденсатор), где отдает тепловую энергию воде, которой заполнен накопительный бак. Конденсат жидкости в тепловой трубе после передачи тепла опускается вниз, снова испаряется. Этот процесс носит циклический характер. Вакуумные трубки сделаны из высококачественного, сверхпрочного боросиликатного стекла, что обеспечивает защиту их от града и механических повреждений. Заполнение бака холодной водой производится под давлением из подающего трубопровода.

Бак для воды солнечного коллектора.

Бак для воды двухслойный. Внешний слой сделан из окрашенной стали 0,41 мм толщиной, диаметр 480 мм. Внутренний слой – из нержавеющей стали, диаметр 370 мм. Между стенками бака в качестве утеплителя используется полиуретан 55 мм толщиной.

Опорная рама-каркас.

Важной частью гелиоустановки является поддерживающая конструкция (рама) для солнечных коллекторов. Она обеспечивает правильный угол наклона, а также необходимую жесткость конструкции. Комбинация поддерживающей конструкции с солнечным модулем должна выдерживать порывы ветра и другие неблагоприятные воздействия окружающей среды. Опорная рама-каркас солнечного коллектора «Универсал» изготовлена из гальванизированной окрашенной стали.

Контроллер солнечного коллектора.

Микрокомпьютерный контроллер TNC-2 осуществляет интеллектуальный контроль и автоматическую работу системы. Прибор имеет высокое качество, обеспечивает стабильные и точные рабочие характеристики, отличается стильным дизайном.

Читать еще: Как устроена светодиодная лампа на 220 вольт?

Конструкция контроллера обеспечивает удобную и быструю установку. Устройство позволяет задавать 4 различных временных точки при использовании функции выбора времени нагрева воды, выполнять постоянный или быстрый нагрев, настраивать верхний и нижний пределы нагрева, а также осуществлять ручное управление нагревом. Предусмотрена защита от утечки тока, самотестирование при включении, проверка наличия и причин отказов; имеется энергонезависимая память, встроенный таймер и т. д. На цветном дисплее есть индикация температуры воды.

Место установки.

Место установки солнечного коллектора: ровная поверхность; крыша дома и других строений (плоская или скатная); балконы, архитектурные выступы здания.

Варианты монтажа солнечного коллектора.

Маркировка коллектора CP-II-xx-xxx

Например, СP-II-15-135, где CP-II – серия коллектора, 15 – число вакуумных трубок, 135 – объём бака в литрах.

Обращаем Ваше внимание, что некоторые компании в обозначениях продукции используют маркировку торговой марки «АНДИ Групп» солнечный коллектор «УНИВЕРСАЛ» CP-II, при том, что технические параметры коллекторов с аналогичным названием отличаются в худшую сторону (меньше площадь поглощения; другая толщина и другой материал накопительного бака, опорной рамы; в комплектацию водонагревателя включен контроллер имеющий ограниченные функциональные возможности и т.п.)

ВАЖНО! На баке солнечного коллектора торговой марки «АНДИ Групп» стоит логотип компании. Каждая наша трубка имеет гравировку лазером логотипа «АНДИ Групп» и номера телефона нашей компании +7(495)748-11-78 в нижней части трубки в районе индикатора вакуума.

Вакуумные трубки торговой марки «АНДИ Групп» имеют высокую степень поглощения и высокую термостойкость, их солнцеулавливающие элементы изготовлены из специальных материалов, максимально обеспечивающих тепловосприятие, благодаря высокой чувствительности к тепловому спектру солнечных лучей. Вакуумные трубки имеют трехслойное солнцепоглощающее покрытие, что определяет высокий коэффициент полезного действия даже при незначительных показателях солнечной радиации.
Производятся в Китае на специально отобранных нами фабриках и под контролем наших технических специалистов, осуществляющих периодический инспекционный контроль.

Типы и характеристики солнечных водонагревателей модели СР-II

Модель солнечного коллектора	Кол-во трубок шт.	Площадь поглощения, м2	Объем бака, л	Объем воды в системе, л	Вес брутто/ нетто кг	Размеры для монтажа ДШВ*Г мм	Объём бака м3
СР-II-15-135	15	1,98	135	135	91/86	2350×1350×1600×1550	0,61
СР-II-20-175	20	2,64	175	175	114/107	2350×1800×1600×1550	0,79
СР-II-24-210	24	3,17	210	210	139/129	2350×2050×1600×1550	0,98
СР-II-30-260	30	3,94	260	260	172/160	2350×2700×1600×1550	1,12

Узнать больше:

Заинтересовала продукция?

По любому вопросу, связанному с приобретением и эксплуатацией данной продукции, Вам ответит наша служба поддержки клиентов:

8 (800) 200-44-80 бесплатный звонок по России

Вакуумный солнечный коллектор

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.

Принцип работы вакуумного коллектора

Основной составляющей конструкции вакуумных солнечных коллекторов является стеклянная трубка, которая крепится в каркасе (панели) коллектора. В одной панели устанавливается несколько подобных трубок, в зависимости от конструкции количество их может различаться.

Трубка состоит из нескольких составных частей, это:

Стеклянная трубка с поглощающим солнечные лучи слоем;
Медная трубка меньшего диаметра, помещенная в стеклянную трубку.

Между трубками – вакуумное пространство.

Принцип работы подобных устройств следующий

Солнечные лучи попадают на стеклянные трубки, обработанные специальным слоем и их энергия поглощается этим элементом конструкции.
В трубках меньшего диаметра помещена специальная жидкость, которая под воздействием энергии поглощенной абсорбером (стеклянные трубки с поглощающим слоем) нагревается и при достижении определенных параметров – испаряется. В парообразном состоянии вещество поднимается вверх трубок.
Комплекты трубок помещены в общий блок, в котором контактируют с циркулирующим теплоносителем.
В парообразном состоянии энергия передается теплоносителю, после чего вещество конденсируется и в жидком состоянии стекает вниз.
Процесс повторяется снова.

Пригоден ли вакуумный коллектор для отопления дома

Альтернативные источники энергии получают все большее распространение в повседневной жизни.

Солнечные вакуумные коллекторы не исключение, их используют для подогрева воды в бассейнах, горячего водоснабжения и отопления помещений, как в комплексе с другими источниками, так и в качестве самостоятельных систем.

При устройстве системы отопления при помощи вакуумного коллектора, помимо самого агрегата, который служит приемником солнечной энергии, потребуются следующие приборы и устройства:

1 – Солнечные лучи;

2 – Вакуумные трубки коллектора;

3 – Теплообменник коллектора;

4 – Расширительный бак;

5 – Приборы контроля;

6 – Приборы учета;

7 и 8 – Приборы контроля теплоносителя;

9 – Аварийный клапан бака накопителя;

10 – Подача теплоносителя;

11 – Выход теплоносителя;

12 – Бак накопитель;

13 – Приборы управления теплоносителем;

14 – Регулирующая аппаратура системы отопления, горячего водоснабжения и подогрева воды;

15, 16, 17 – Потребители тепловой энергии (система отопления, ГВС и подогрева воды в бассейне).

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:

Вакуумные трубки – количество определяет конструирующий мастер. Используются трубки промышленного производства;
Блок концентратор – в зависимости от количества трубок выбирается тот либо иной размер устройства. Используется агрегат промышленного производства.
Материалы для изготовления рамы.

Изготавливается рама коллектора, для этого можно использовать пиломатериалы или профильные элементы из металла. На раме крепится концентратор и вакуумные трубки в следующей последовательности:

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.

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 01.03.2017 года составляет – 21900,00 рублей.
Стоимость коллекторов компании «АльтЭнергия» составляет для:

Серии R1 «SunRain» от 24000,00 до 60000,00 рублей в зависимости от конструкции.
Серии U от 18000,00 до 35000,00 рублей в зависимости от конструкции.

Стоимость вакуумных коллекторов компании ПК «АНДИ Групп» составляет:

Серия «УНИВЕРСАЛ», от – 47700,00 до 89700,00 рублей в зависимости от модели;
Серия «ДАЧА» от 17500,00 до 36000,00 рублей в зависимости от модели;
Серия «ДАЧА ЛЮКС» от 24500,00 до 37500,00 рублей в зависимости от модели;
Серия SCH от 25400,00 до 61700,00 рублей в зависимости от модели.

Стоимость коллекторов компании «GREENoneTEC» составляет:

Модель FK 8200N 4H VS7E – 454 евро;
FK 8200N 4H VS7E – 420 евро.

Стоимость коллекторов компании «Guangdong Fivestar Solar Energy Co., Ltd» составляет:

Серия AL-HP – от 440 до 880 долларов.

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.

Вероятно, Вам также понравятся следующие материалы:

Спасибо, что дочитали до конца! Не забывайте подписываться на канал , Eсли статья Вам понравилась!

Делитесь с друзьями, оставляйте ваши комментарии

Добавляйтесь в нашу группу в ВК:

и предлагайте темы для обсуждений, вместе будет интереснее.

Оценка статьи:

Загрузка...

Оставить комментарий