Вакуумные трубки для солнечного коллектора


    Принцип работы вакуумного солнечного коллектора с трубками

    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.

    Вакуумный солнечный коллектор, размещенный на крыше частного дома, будет обеспечивать горячей водой жильцов на протяжении всего года, а в сезон холодов позволит комфортно отапливать помещение, не затрачивая на это больших финансовых средств

    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.
    Вакуумный солнечный коллектор способен обеспечить горячее водоснабжение и отопление в любое время года, и при любой погоде (+)

    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.

    Коаксильные трубки делают из высокопрочного стекла на основе боросиликатов, обладающего высокой светопропускной способностью. Элементы, в зависимости от производителя, имеют до трех слоев магнетронного напыления, демонстрируют отличную прочность и устойчивость к различным атмосферным проявлениям (дождь, град и пр.), выдерживают давление в 1 Mpa и надежно служат в течение 15 лет

    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.

    Перьевая вакуумная трубка внутри содержит пластину, своей формой напоминающую перо. По уровню КПД превышает возможности своего коаксиального аналога, но имеет значительно более высокую стоимость и сложно заменяется в случае нарушения целостности колбы или выхода из строя греющего элемента

    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.

    Рабочий элемент теплового канала heat pipe изготовляется из меди, в более редких случаях – из алюминия. Проявляет высокую стойкость к эксплуатационным нагрузкам, надежно служит в течение 15 лет, имеет разумную стоимость и является одним из самых популярных элементов современных вакуумных гелиосистем трубчатого типа

    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.

    Коллекторы, оснащенные вакуумными трубками heat pipe, отличаются хорошим уровнем надежности и подходят для использования не только в быту, но и в высоконапорных гелиотермальных системах

    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.

    По сравнению с трубками heat-pipe типа, 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

    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.

    Вакуумный солнечный коллектор с рабочим каналом heat pipe прекрасно ремонтируется. Замена поврежденных трубок осуществляется на месте и не предусматривает демонтажа системы или переноса ее на другое место. Однако теплообмен в этих моделях осуществляется сложно, за счет чего и КПД на выходе составляет не более 65%

    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.

    Для корректного функционирования, вакуумный прибор с U-каналом нужно правильно установить. Желательно, чтобы минимальный угол наклона составлял не менее 20⁰. Только в таком варианте получится обеспечить максимальную отдачу

    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%.

    В случае неисправности коллекторы, оснащенные перьевыми трубками, подлежат ремонту. Менять всю систему не требуется, достаточно обнаружить поврежденный узел, демонтировать его и поставить на это место новый

    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%.

    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

    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.

    Устройства имеют и другие ярко выраженные плюсы:

    • эффективность работы при низких температурных показателях (до -30°С);
    • способность к аккумулированию температуры до 300°С;
    • максимальное возможное поглощение тепловой энергии, включая невидимый спектр;
    • эксплуатационная устойчивость;
    • низкая восприимчивость к агрессивным атмосферным проявлениям;
    • малая парусность, обусловленная конструкционными особенностями трубчатых систем, способных пропускать сквозь себя воздушные массы разной плотности;
    • высокий уровень эффективности в регионах с умеренным и прохладным климатом с малым количеством ясных и солнечных дней;
    • долговечность при соблюдении основных правил эксплуатации;
    • доступность для ремонта и возможность менять не всю систему, а только один вышедший из строя фрагмент.
    Солнечный коллектор — это эффективное устройство, позволяющее практически без потерь преобразовать солнечную энергию в тепловую

    К недостаткам относят неспособность коллекторов к самоочищению от инея, льда, снега и высокую цену комплектующих деталей, необходимых для сбора агрегата в домашних условиях.

    Сборка агрегата своими руками

    Процесс сборки вакуумного коллектора начинают с изготовления рамы-подложки для рабочих элементов. Ее монтируют сразу в том месте, которое выделено под агрегат.

    Размер и габариты рамы целиком и полностью зависят от модели, которую планируется сделать, и обычно прописываются в инструкции, находящейся среди сопроводительных документов к компонентам.

    Готовую раму под коллектор закрепляют на крыше так, чтобы она занимала четкое положение и не качалась. Если крыша строения шиферная, используют обрешоточный брус и крупнокалиберные толстые шурупы. Для других материалов кровли применяют обычные анкера

    Места прилегания рамы к поверхности крыши дополнительно фиксирую герметиком, чтобы в будущем через отверстия в дом не попадала вода. Затем к месту монтажа доставляют накопительный бак и шурупами крепят его на верхней части рамы.

    На следующем этапе собирают ТЭН, температурный датчик и автоматизированный воздухоотвод. Все вспомогательные узлы и сопутствующие детали ставят на идущие в комплекте смягчающие прокладки.  Для крепления температурного датчика используют торцевой ключ.

    Далее обустраивают подвод водопроводных коммуникаций. Для этой цели берут трубы из любого материала, стойкого к низким температурным показателям и способного выдерживать до 95°С. Хорошо себя зарекомендовали полипропиленовые трубы и фитинги.

    Трубы из полипропилена идеально подходят для организации соединения солнечного коллектора с водопроводной системой жилого помещения. Арматура имеет хорошие физические показатели и эксплуатационную выносливость, надежно служит в течение многих лет и легко заменяется в случае возникновения трещин или надрывов

    Подключив водопровод, накопительный бак наполняют водой и тестируют на герметичность. Если в течение 3-4 часов где-то обнаружились утечки, их устраняют.

    В конце устанавливают греющие элементы. Для этого медную трубку оборачивают алюминиевым листом и помещают в вакуумную трубку из стекла. Снизу на колбу одевают фиксирующую чашку и пыльник из прочной, гибкой резины.

    Верхний медный наконечник трубки до упора вдвигают в латунный конденсатор. Вязкую термоконтактную смазку с труб не удаляют. Защелкивают фиксирующий механизм на кронштейне и по этому же принципу монтируют все оставшиеся стеклянные трубки.

    Трубчатые солнечные коллекторы нуждаются в регулярном обслуживании и обязательной чистке, особенно в период активного выпадения снега. Если соблюдать эти простые правила, они будет работать долго и сохранят высокий уровень эффективности в течение всего эксплуатационного срока

    На конструкцию ставят монтажный блок, подводят к нему электропитание в 220 вольт и присоединяют к системе три вспомогательных блока – ТЭН, воздухоотвод и температурный датчик.

    Последним подключают контроллер, предназначенный для корректного управления комплексом. В меню контроллера вносят желаемые параметры работы и запускают систему в стандартном режиме.

    Пошаговый инструктаж по сооружению солнечного коллектора приведен в этой статье.

    Как правильно разместить прибор?

    Чтобы вакуумный коллектор мог полноценно работать и эффективно обеспечивал жилое помещение необходимой энергией, для него необходимо найти наиболее удачное место и правильно сориентировать прибор относительно частей света.

    Солнечные коллекторы вакуумного типа намного практичней своих плоских аналогов. Когда какая-то из рабочих трубок получает повреждения и выходит из строя, ее очень легко заменить на новую. После этого система продолжит функционировать в прежнем режиме. Если сразу возможности поставить новый элемент на место испорченного нет, не беда. Агрегат сможет исполнять свои «обязанности», даже имея в наличии узел с поврежденным элементом

    Для населенных пунктов северного полушария актуально разместить коллектор в южной части крыши дома или на солнечной стороне участка. Желательно обеспечить для плоскости прибора минимальное отклонение.

    Если возможности направить поверхность на юг нет, стоит выбрать среди запада и востока максимально светлый ракурс на открытом пространстве.

    Высокая рабочая эффективность коллектора вакуумного типа обусловлена еще и тем, что он действует по принципу зеркала и выравнивает свою тепловую мощность исходя из текущей высоты солнца

    Энергетический солнечный комплекс не должны закрывать дымоходы, декоративные фрагменты кровельного покрытия, раскидистые ветви деревьев и высокие жилые или технические строения. Это понизит эффективность работы и уменьшит уровень прогрева действующих элементов.

    Если агрегат расположен правильно, он обеспечит практически одинаковую теплоотдачу в течение всего года, независимо от сезона.

    Если большого опыта осуществления сложных ремонтно-монтажных и слесарных работ нет, делать в домашних условиях вакуумирование трубок нерационально. Этот процесс очень трудоемкий и требует наличия специальных знаний и профильного оборудования.

    Кроме того, элементы вакуумного типа, сделанные самостоятельно, имеют гораздо более низкий уровень КПД, нежели заводские детали. Поэтому разумнее всего приобрести продукцию у профильного производителя, а потом уже дома попробовать собрать несколько секций.

    На сайте есть подборка статей по обустройству солнечной системы отопления, советуем ознакомиться:

    Выводы и полезное видео по теме

    Подробное, детальное описание вакуумной трубки, принципа ее работы и особенностей функционирования солнечного коллектора в целом. Автор рассказывает о некоторых интересных нюансах и показывает, что установка может стать реальной альтернативой газовому котлу.

    Интересная информация о работе солнечного коллектора в зимний период времени.

    Как правильно смонтировать вакуумный солнечный коллектор своими руками в домашних условиях. Все нюансы процесса, рекомендации и полезные советы.

    Зная базовый принцип работы трубчатого вакуумного солнечного коллектора, можно собрать агрегат собственноручно. Установка будет полностью соответствовать личным индивидуальным требованиям и нуждам.

    Это не слишком трудное занятие, однако оно требует повышенного внимания, скрупулезности и определенных навыков, иначе риск повредить целостность колбы и нарушить ее герметичность значительно возрастает.

    Всем заинтересованным в вопросе выбора, установки или самостоятельной сборки солнечного коллектора предлагаем оставлять комментарии и задавать вопросы. Форма для связи расположена в нижнем блоке.

    sovet-ingenera.com

    Вакуумные трубки для солнечного коллектора своими руками, пошагово

    Сделать вакуумные трубки для солнечного коллектора своими руками – вполне реально. Конечно, придется потратить немного времени. Но ничего сложного в этом нет.

    В этой статье мы расскажем, как сделать трубку для вакуумного солнечного коллектора. Все расходные материалы и инструменты для это несложно найти. Единственное что потребуется – купить стеклянную колбу для вакуумной трубки.

    Изготовление медного сердечника

    Для того чтобы сделать сердечник, в котором будет находиться пропиленгликоль, понадобится обычная кондиционерная медная трубка. Ее оптимальный диаметр – 10 мм. Толщина стенки при таком диаметре составит 3,5 мм.

    Длину подбирать необходимо по глубине стеклянной колбы таким образом, чтобы трубка не доходила до ее дна на 4-5 см. К общей длине добавьте глубину, на которую будет входить трубка в корпус коллектора (см. рис).

    После того как трубка обрезана, нужно изготовить верхний резервуар. Для этого понадобится специальный инструмент для развальцовки. С его помощью нужно расширить трубку до внутреннего диаметра 20-22 мм. Если он будет меньше – будет хуже теплоотдача. Когда больше – толщина стенок будет маленькой, они могут треснуть.

    Если верхняя часть вакуумного коллектора у вас есть – измерьте диаметр отверстий. Делайте развальцовку такой, чтобы расширение полностью перекрывало отверстие и вода или теплоноситель не вытекали из коллектора.

    Читайте также:  Расчет солнечного коллектора для отопления дома

    При подсчете длины трубки и развальцовки учитывайте строение внутренней части коллектора. Трубка должна располагаться так, чтобы расширение полностью было погружено в теплоноситель.

    Нижнюю часть трубки необходимо запаять. При возможности предварительно завальцуйте ее. Но если нет времени или лень, просто сплющите плоскогубцами и запаяйте.

    Нанесение селективного покрытия

    В большинстве случаев стеклянные колбы для вакуумных трубок продаются с готовым покрытием. Если его нет – придется наносить его самостоятельно. Какие-либо самодельные растворы и смеси делать не имеет смысла, они малоэффективны. Сейчас несложно найти селективные краски для солнечных коллекторов. На рынке лидером считается Iliolac (Илиолак).

    Можно просто залить краску в колбу и смочить все стенки, но так будет большой расход. Лучше всего взять длинную палку или штырь, конец которого обмотать тканью. При покраске старайтесь не допускать появления «мазков» и т.д.

    Перед покраской внутреннюю часть колбы промойте с моющим средством, просушите, обезжирьте и дайте ей высохнуть.

    Заливка пропиленгликоля

    Для нормальной работы трубки вакуумного коллектора, необходимо чтобы медный сердечник был наполнен пропиленгликолем на треть. Рассчитать его объем можно по такой формуле:

    V = D х D х H / 4

    В формуле:

    • V – нужный объем пропиленгликоля в миллилитрах;
    • D – внутренний диаметр трубки в сантиметрах;
    • H – общая длина трубки.

    После заливки пропиленгликоля верхнюю часть расширения завальцуйте по максимуму, чтобы осталось отверстие минимального диаметра. После этого запаяйте.

    Читайте также:  Отзывы о солнечных вакуумных коллекторах реальных людей

    Металлический абсорбер

    Для изготовления абсорбера понадобится лист алюминия толщиной не более 1 мм. длина его должна быть меньше глубине колбы на 5-10 см. Что касается ширины – ее рассчитайте по такой формуле:

    L = 6,28 х R + R

    В формуле:

    • L – искомая ширина алюминиевого листа;
    • R – внутренний радиус вакуумной трубки (половина диаметра).

    Края получившейся полосы алюминиевого листа нужно согнуть под углом на 90 градусов (см. рис). Расстояние от краев полосы до сгиба – 3/4 радиуса трубки. После этого среднюю часть согните в круг так, чтобы абсорбер принял форму, как показано на рисунке.

    Заглушка

    Если нет возможности купить готовые заглушки, придется изготавливать самостоятельно. Для этого подойдет любой полимер с температурой плавления выше 150 градусов. Например – полиуретан.

    Вам необходимо вырезать круг такого диаметра, чтобы он с усилием входил в колбу. В центре его вырежьте отверстие под медную трубку. Она также должна входить с небольшим усилием. Толщина заглушки должна быть 5-10 мм, этого будет достаточно.

    Верхняя часть заглушки должна быть большего диаметра. Такого, чтобы полностью перекрывала входное отверстие блока, в котором циркулирует теплоноситель.

    Сборка вакуумной трубки

    1. Наденьте заглушку на медную трубку и продвиньте ее вверх до расширения;
    2. Алюминиевый абсорбер вставьте в вакуумную колбу;
    3. Трубку с заглушкой вставьте в колбу (если она неровная или касается стенок – это не критично);
    4. Вгоните заглушку в колбу.

    Если при установке заглушки остались зазоры между колбой или медной трубкой – из лучше залить высокотемпературным герметиком. Но предварительно выставьте медную трубку по высоте. Ее расширенная часть должна полностью входить в канал с теплоносителем.

    vteple.xyz

    Вакуумная трубка

    Вакуумная трубка – это техническое устройство, являющееся поглотителем солнечной энергии, посредством которого, энергия солнечных лучей передается теплоносителю, циркулирующему в системе отопления или горячего водоснабжения индивидуального пользователя.

    Вакуумная трубка для солнечных коллекторов

    Вакуумная трубка является основным элементом конструкции солнечных коллекторов, используя которые, появляется возможность получения дешевой тепловой энергии, которая используется человеком для своих нужд.

    Конструктивно, вакуумная трубка выглядит следующим образом:

    По своей сути, вакуумная трубка является теплообменным аппаратом, состоящим из двух трубок, помещенных одна в другую. Наружная трубка выполняется из прочного стекла, внутренняя – из меди. Для усиления поглощения солнечной энергии, во внутреннее пространство стеклянной колбы помещен теплопоглощающий слой, адсорбер, выполненных из многослойного покрытия. Также, из внутреннего пространства стеклянной колбы откачан воздух, тем самым создан вакуум, обладающий лучшими показателями, в сравнении с воздухом, по теплопроводности и способности сохранять тепло.

    Полученная тепловая энергия передается медной тепловой трубке, внутри которой помещен хладагент, который при нагревании поднимается вверх, где в конденсаторе, испаряется. Образовавшееся при испарении хладагента тепло, передается теплоносителю системы отопления или горячего водоснабжения.

    Свойства

    Общими свойствами, вне зависимости от конструкции, для всех типов вакуумных трубок, является наличие свет поглощающего слоя, адсорбера, помещенного в стеклянную трубку из прочного стекла. В зависимости от конструкции, различаются и свойства, свойственные определенному типу трубок.

    Вакуумные трубки бывают:

    • Простые – используемые в водонагревательных установках с открытым контуром циркуляции. В подобной конструкции теплоноситель циркулирует непосредственно в «теле» стеклянной трубки.
    • U-образные – является усовершенствованным вариантом простой конструкции. В тело стеклянной колбы помещен медный канал U-образной формы и теплопоглощающая пластина. Данная конструкция может использоваться в сетях с избыточным давлением и позволяет выполнять ремонт коллектора (замену трубки), без останова работы системы, в которой он работает.

    • С тепловым стержнем «HEAT PIPE» — отличается от U-образной конструкции тем, что во внутренне пространство стеклянной колбы помещен медный стержень, внутри которого, в свою очередь, закачана легко кипящая жидкость, хладагент. Свойства и возможность использования аналогичны U-образным конструкциям.

    • С увеличенной площадью поглощения («SUPER HEAT PIPE») – является цельной конструкцией, с увеличенной тепловой пластиной. Возможность использования и свойства, аналогичны свойствам выше рассмотренных конструкций.

    Материалы

    Вне зависимости от конструкции вакуумной трубки, основным материалом, который используется во всех типах устройства, является боросиликатное стекло, способное выдерживать значительные внешние нагрузки без повреждения корпуса стеклянной колбы (дождь, снег, град и т.д.).

    Еще один материал, используемый практически во всех конструкциях, это медь, из которой изготавливается внутренняя трубка. Медь выбрана не случайно, потому как именно этот металл обладает хорошими показателями по теплопроводности и практически не подвергается коррозии в процессе эксплуатации.

    Антифриз (хладагент), вещество, помещаемое во внутренне пространство медной трубки, обладает способностью испаряться при относительно не высокой температуре.

    Адсорбер – теплопоглощающий слой, может быть выполнен из различных составов, способных поглощать тепло. Вид состава, каждый производитель выбирает индивидуально.

    Теплопоглощающая пластина изготавливается из меди и крепится к тепловому стержню.

    Лучшие производители

    В настоящее время на рынке альтернативных источников энергии, к которым несомненно относятся и гелиосистемы, представлены товары различных производителей, из разных, технически развитых стран.

    Наибольшей популярностью среди пользователей, пользуется продукция следующих брендов, это:

    • Компания «Анди Групп» (Китай).
    • Компания «WESWEN» (Германия).
    • Компания «ТЕПЛОПЭН» (Россия).

    Средние цены

    В зависимости от технических характеристики, конструкции и компании производителя, стоимость подобных изделий может отличаться, но для того, чтобы понять порядок цифр, ниже приведены розничные цены на модели компаний, наиболее популярные в нашей стране.

    Стоимость модели составит:

    • Простой тип («Анди-Групп») – от 1000,00 рублей.

    Технические характеристики: внешний диаметр — 58±0.7мм; длина       — 1800±5мм.

    • Тип heat pipe («Анди-Групп») – от 2400,00 рублей.

    Технические характеристики: внешний диаметр — 58±0.7мм; длина — 1800±5мм.

    • Простой тип («WESWEN») – от 1400,00 рублей.

    Технические характеристики: длина — 1800 мм; диаметр — 58 мм.

    • Тип heat pipe («WESWEN») – от 3400,00 рублей.

    Технические характеристики: длина — 1800 мм; диаметр — 58 мм.

    • Простой тип («ТЕПЛОПЭН») – от 1800,00 рублей.

    Технические характеристики: длина — 1800 мм; диаметр — 58 мм.

    • Тип heat pipe («ТЕПЛОПЭН») – от 2200,00 рублей.

    Технические характеристики: длина — 1800 мм; диаметр — 58 мм.

    Где купить

    Вакуумная трубка – это специфический товар, который можно приобрести только в специализированных организациях, которые занимаются поставками гелиосистем и их комплектующих.

    При возникновении потребности в приобретении подобных изделий, наиболее оптимальным решением этого вопроса, будет обратиться к интернет ресурсам, где, зайдя в «поисковик», можно указать тип конструкции и габаритные размеры устройства, которое необходимо как для замены вышедшего из строя элемента солнечного коллектора или при самостоятельном изготовлении такой конструкции.

    Если у пользователя уже эксплуатируется коллектор определенной модели, то можно обратиться в фирму изготовившую конкретную модель. В этом случае исключаются проблемы, которые могут возникнуть при замене отдельных элементов (трубок), изготовленных разными производителями.

    alter220.ru

    Вакуумные трубки для солнечного коллектора: типы, эффективность и конструкция

    Главный рабочий элемент всесезонного солнечного коллектора – вакуумные трубки. От их конструкции зависит скорость нагрева, коэффициент поглощения и преобразования солнечной энергии в тепловую. Вакуумные трубки для солнечного коллектора отличаются внутренним устройством, принципом передачи тепла и селективным покрытием.

    В этой публикации мы расскажем о типах вакуумных трубках и их принципе работы. Ваши вопросы, замечания и мнение вы можете оставить в комментариях.

    Конструкция вакуумной трубки для солнечного коллектора

    Независимо от производителя и модели, вакуумные трубки состоят из четырех элементов:

    1. Стеклянной вакуумированной двустенной колбы;
    2. Абсорбера (селективного покрытия);
    3. Теплоприемника;
    4. Теплообменника.

    Стеклянная колба состоит из двух стенок, между которыми откачан воздух. Вакуум не позволяет внутренней части отдавать тепло наружной стенке за счет отсутствия конвекции и какого-либо газа или жидкости между ними.

    Абсорбер – селективное покрытие, которое поглощает солнечное излучение в широком диапазоне и преобразует его в тепловую энергию. Он не излучает тепло наружу вакуумной трубки, а передает внутрь на теплоприемник.

    В качестве теплоприемника в вакуумных трубках может использоваться вода, металлическая трубка, наполненная водой или жидкостью с высокой температурой кипения, проточные трубки для воды, металлические конструкции.

    Теплообменник – место в корпусе солнечного коллектора или бойлере, в котором тепло передается теплоносителю или воде.

    Принцип работы вакуумных трубок

    Функция вакуумированных трубок солнечного коллектора – поглотить солнечное излучение и не дать выйти в окружающую среду. Тепловая энергия может покинуть рабочую часть вакуумного солнечного коллектора двумя способами – за счет прямой теплоотдачи и в виде ИК-излучения.

    Полость между стеклянными стенками практически полностью исключает возможно прямой отдачи тепла в вакууме нет молекул веществ, которые могли бы осуществить его перенос.

    Читайте также:  Солнечный коллектор – плоский или вакуумный?

    Селективное покрытие (абсорбент) обеспечивает поглощение солнечной энергии и не позволяет ей выйти наружу. Существуют разные типы таких покрытий, отличающиеся поглощательной и излучательной способностью.

    Некоторую часть солнечного излучения отражает стекло, но она незначительна – видимы свет составляет только часть поглощаемого спектра. Качественные коллекторы изготавливают из боросиликатного стекла высокой прочности, которое стойко к механическим повреждениям.

    Боросиликатное стекло сложно поцарапать или заматовать, оно служит десятки лет без изменения пропускной способности.

    Виды вакуумных трубок

    Различают пять видов вакуумных трубок для солнечных коллекторов. Они отличаются внутренним строением и конструкцией. Кроме того, каждый из них может быть дополнен металлическим (чаще алюминиевым) абсорбером, который помещается внутрь стеклянной колбы в виде трубки.

    Большинство производителей заполняют нижний промежуток между стеклянными стенками барием – он поглощает примеси газов и улучшает термоизоляционные свойства. Его отсутствие может снизить эффективность работы коллектора до 15%.

    Термосифонные (открытые) вакуумные трубки

    Такой вид трубок солнечного коллектора используется в коллекторах с наружным баком-накопителем. они заполнены водой и образуют с резервуаром один объем. Нагретая вода из колбы поднимается в бак, а охлажденная опускается вниз.

    Термосифонные вакуумные коллекторы используются в следующих случаях:

    1. Для подключения к системе горячего водоснабжения;
    2. В регионах с высоким уровнем инсоляции в холодное время года;
    3. Для сезонного использования (весна, лето, осень).

    Коаксиальная трубка (Heat Pipe)

    Это наиболее распространенный вариант вакуумных трубок. В ней внутри стеклянной колбы находится медная труба, наполненная жидкостью с низкой температурой кипения или водой под низким давлением.

    При нагреве жидкость или вода начинают закипать, пар поднимается вверх, попутно нагреваясь от медных стенок. В верхней части он попадает в теплообменник – расширение на конце, в котором отдает тепло через стенки воде, которая циркулирует вокруг него.

    После охлаждения пар конденсируется на стенках теплообменника и стекает вниз. Цикл повторяется заново.

    Схематическое внутреннее строение коаксиальной трубки и теплообменника.

    Спаренные коаксиальные трубки

    Принцип работы такого теплоприемника как у предыдущего, за одним исключением – к одному теплообменнику присоединены две медных трубки с жидкостью. Спаренная система позволяет более эффективно отбирать тепло, а большая емкость и площадь стенок теплообменника – быстро нагревать воду.

    Вакуумные коллектор с спаренной коаксиальной системой устанавливают там, где необходимо:

    1. Обеспечить небольшой подогрев больших объемов воды;
    2. Есть потребность в тепловой энергии на протяжении солнечного дня;
    3. Высокий средний уровень инсоляции;
    4. Происходит быстрая прокачка воды через систему.

    Перьевые вакуумные трубки

    В их конструкции есть дополнительный теплообменник, который позволяет более эффективно отбирать тепло из внутренней части стеклянной колбы. Обычно он выполнен в виде двух продольных пластин, находящихся по бокам медного теплоприемника.

    В остальном принцип работы точно такой, как у коаксиальной трубки.

    U-образные вакуумные трубки (U-type)

    Эта система кардинально отличается от предыдущих. В ней используется две магистрали – для холодной и нагретой воды.

    В стеклянной колбе установлен теплообменник в виде английской буквы U, по которому проходит вода. Из магистрали с холодной водой она поступает в него, нагревается и возвращается в трубу с нагретой водой.

    Коллектор с вакуумными трубками U-образного типа наиболее эффективен, но его монтаж сопряжен с трудностями. Проточные магистрали при сборке крепятся с помощью сварки с медными трубками, находящимися внутри стеклянной колбы. Получается единая цельная система с большой энергоэффективность, но низкой ремонтопригодностью.

    Установка колбы на U-образную медную трубку.

    Эффективность разных видов трубок

    Рейтинг эффективности вакуумных коллекторов в зависимости от установленного типа трубок:

    1. U-образные (U-type);
    2. Спаренные коаксиальные;
    3. Перьевые;
    4. Коаксиальные (Heat Pipe);
    5. Термосифонные (открытые).

    Этот рейтинг характеризует разные системы в общем, ведь производительность зависит от особенностей конструкции, свойств используемых материалов и конструктивных решений. На уровень эффективности вакуумного коллектора влияют следующие факторы:

    • Коэффициенты поглощения и излучающей способности абсорбера;
    • Максимальное рабочее давление в системе;
    • Качество и теплопроводность материалов в местах соединения;
    • Наличие и свойства металлического абсорбера по внутреннему периметру стеклянной стенки;
    • Стойкость стекла к механическому воздействию;
    • Конструктивные особенности – толщина стенок, качество металлов и т.д.
    Многие производители вакуумных трубок и коллекторов завышают их производительность. Реальное количество тепла, которое можно получить, зависит от многих факторов и должно просчитываться индивидуально.

    Полезная информация

    При расчете мощности коллектора нужно продумать способ сброса избыточного тепла в солнечные дни. Это может быть теплоаккумулятор, радиаторная система, сброс излишков воды и т.д.

    Читайте также:  Вакуумные трубки для солнечного коллектора своими руками

    Считается что наиболее эффективны и долговечны вакуумные трубки для солнечного коллектора производства Германии. В реальности 90% всех комплектующих производят в Китае, а европейские производители импортируют их и продают под собственным брендом.

    Низкая стоимость трубок или коллекторов означает что они проигрывают всего на 10-20% в энергоэффективности дорогим аналогам. Но такие вакуумные трубки в несколько раз чаще разгерметизируются, у них высокий процент брака.

    Вакуумные трубки большего диаметра более эффективны, чем тонкие в пересчете на полезную площадь. Разница в эффективности составляет 20-30%.

    Вакуумные трубки способны поглощать рассеянный и отраженный солнечный свет, поэтому установленный за коллектором отражатель может увеличить его производительность на 30-40%.

    Многие думают, что невозможно сделать вакуумные трубки для солнечного коллектора своими руками. На деле это не так – единственное что потребуется – приобрести стеклянную колбу. Все остальное можно сделать самостоятельно.

    Несмотря на то, что они изготовлены из стекла, колбы довольно прочные. В зависимости от вида стекла и диаметра они выдерживают падение стального шарика диаметром 3 см. с высоты 2-5 метров и попадание градин диаметром 2-5 см.

    В статье мы описали основные типы вакуумных трубок для коллекторов. Некоторые производители их немного усовершенствуют и выдают за высокоэффективное ноу-хау, но за последние 10 лет существенных прорывов в этой области не было.

    Не забудьте поделиться публикацией в соцсетях!

    vteple.xyz


    Смотрите также