Для горячей воды и отопления расходуется много денег. Но есть другой источник энергии – вакуумный солнечный коллектор. Такой способ может значительно сократить расходы на комфорт, обеспечивая максимальный нагрев с минимальными потерями тепла.
Купить данное устройство можно у фирм, занимающихся выпуском бытовой техники, или создать его собственными руками дома.
Чтобы подобрать оптимальный вариант, потребуется ознакомиться с большим объемом данных. Мы окажем помощь в определении ключевых параметров при покупке.
Статья посвящена принципу работы и устройству вакуумных коллекторов. Будет рассмотрено устройство разных моделей, а также их достоинства и недостатки. Помимо этого, дана подробная инструкция по изготовлению и установке вакуумного солнечного коллектора своими руками.
Видеоролики дополняют материал и рассказывают об особенностях работы вакуумных коллекторов.
Принцип работы вакуумного агрегата
Вакуумный солнечный коллектор имеет отличие от обычных гелиосистем в способе… переработки солнечной энергииКлассическая батарея получает свет и превращает его в электричество. Коллектор же представляет собой набор стеклянных трубок, в которых создан вакуум. Трубки соединяются между собой с помощью особых узлов.
Внутри каждой трубки находится канал из одного или двух медных стержней с теплоносителем. Нагрев от солнечных лучей элемента приводит к повышению температуры материала-теплоносителя и обеспечению работы коллектора.
Данная конструкция заметно повышает энергоотдачу и сокращает тепловые потери, так как вакуумный слой удерживает около 95% захваченной солнечной энергии.
Производительность коллектора становится менее чувствительной к сезонным изменениям, температуре воздуха и различным погодным факторам, таким как ветер, изменение освещенности, осадки и прочее.
Как устроен коллектор вакуумного типа?
Современные устройства для нагрева помещений и воды с использованием солнечного тепла обладают различными техническими особенностями.
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 имеют общее конструктивное сходство, так как состоят из…
- внешней прозрачной трубы, откуда полностью выкачан воздух;
- нагреваемого патрубкаСистемы теплообмена, находящиеся внутри массивных труб, через которые циркулирует жидкость или газ, служащие средством передачи тепла.
- одного или двух сборных распределителейК ним подключаются трубы большей величины, а внутрь встроен циркуляционный контур из мелких трубок.
Конструкция напоминает термос с прозрачными стенками, обеспечивающий исключительную теплоизоляцию. Благодаря этому корпус внутренней трубки нагревается эффективно и полностью передает энергию теплоносителю.
Конструкционные нюансы и классификация
Коллекторы вакуумного типа классифицируются по виду стеклянных трубок или по характеристикам тепловых каналов. Трубки бывают коаксиальными и перьевыми, а тепловые каналы – U-образными, прямоточными и heat pipe типа.
Характеристика коаксиальных трубок
Коаксиальные трубки состоят из двух стеклянных колб-термосов с вакуумом между стенками. Внутренняя поверхность трубки покрыта веществом, которое поглощает тепло, поэтому тепло передается непосредственно от стенок стеклянной колбы.
В стеклянную трубку вставляют медную трубку с эфирным составом. При нагреве состав испаряется, отдает тепло, конденсируется и стекает вниз. Цикл повторяется, обеспечивая непрерывный теплообмен.
Особенности перьевых трубок
Вакуумные перьевые трубки обладают большей толщиной стенок, чем коаксиальные, и состоят из одной колбы. Внутренний абсорбционный элемент из меди укомплектован по всей длине прочным усилителем — гофрированной пластиной с высокоэффективным энергопоглощающим покрытием.
Из-за конструкции вакуум размещается внутри теплового канала, частью которого вместе с абсорбентом служит колба.
Коллекторы из перьевых вакуумных трубок признаны самыми эффективными в своем сегменте, успешно выполняют задачи и долговечны.
Принцип функционирования теплового канала heat pipe.
Тепловые каналы состоят из закрытых трубок с легко испаряющимся жидким составом. Под воздействием солнечного тепла состав нагревается, переходит в верхнюю часть канала и собирается в теплосборнике.
Рабочая жидкость передает накопившееся тепло и возвращается вниз, чтобы процесс повторился.
Гильза теплообменника присоединяется к теплообменнику манометрического трубопровода специальным гнездом, встроенным в однотрубный теплообменник, или обжимается двухтрубным теплообменником.
Теплоноситель забирает выделяемую энергию из теплового резервуара и переносит ее по системе, обеспечивая доступ горячей воды в кранах и отопительных батареях. Система heat pipe проста в установке и демонстрирует высокую эффективность работы.
При неисправности возможно заменить поврежденный элемент новым без перестройки всей системы.
Ремонт коллекторов выполнишь непосредственно там, где он установлен, без снятия агрегата и лишних трудов.
Описание U-образного прямоточного теплообменника
Трубка прямоточного теплообменника представляет собой букву «У». По внутри неё движется вода или иной теплоноситель отопительной системы. Часть элемента предназначена для холодного теплоносителя, другая — для отвода нагретого.
При нагревании действующий состав расширяется и поступает в бак накопления, создавая естественную циркуляцию жидкости. Специальное селективное покрытие внутренних стенок увеличивает теплопоглощение и повышает эффективность системы.
Трубки U-образной формы обладают высокой производительностью и обеспечивают эффективное теплоотведение, однако у них есть одно значительное неудобство: их конструкция неразрывно связана с ма n i f o l d’ом, и монтаж всегда осуществляется совместно.
Починить отдельно вышелшую из строя трубку нельзя. Требуется разобрать весь комплекс и установить новый на его место.
Сравнение различных модификаций
При создании гелиоагрегатов тепловые каналы и вакуумные стеклянные трубки для солнечных коллекторов объединяют различными способами.
Потребители отдают предпочтение коаксиальным моделям с тепловым каналом heat pipe. Заманчивая для покупателей ценовая политика и легкость обслуживания на протяжении всего эксплуатационного цикла делают эти приборы привлекательными.
Устройства с тепловыми трубами обладают высокой надёжностью и подходят для эксплуатации во всех, включая высоконапорные гелиотермальные комплексы.
В числе популярных устройств – приборы с коаксиальной колбой и прямоточными U-образными каналами. Их отличает низкое теплопотребление и коэффициент полезного действия от 70% и более.
Сложность ремонта, особые требования к обслуживанию во время работы и не возможность поменять сломавшийся узел ухудшают ситуацию. При поломке необходимо полностью демонтировать прибор и установить новый коллектор.
Перьевые трубки состоят из стеклянного цилиндра с толстыми стенками (от 2,5 мм и более). Внутри находится перьевой абсорбент, плотно прилегающий к рабочему каналу из теплопроводящего металла.
Внутри стеклянной емкости, где создан вакуум, практически идеальная изоляция. Абсорбент передаёт поглощённое тепло без потерь, обеспечивая системе эффективность до 77%.
Модели с перьевым элементом имеют более высокую цену по сравнению с коаксиальными, однако благодаря высокой эффективности создают полноценный комфорт в помещении и быстро возвращают затраты.
Перьевые колбы с прямыми внутренними каналами наиболее эффективные и продуктивные, порой их реальная эффективность составляет до 80%.
Изделия стоят недешево, для ремонта нужно полностью слить теплоноситель из системы, а затем уже исправлять неисправности.
Каким должен быть теплосборник?
Теплосборник – важный узел вакуумного коллектора, отвечающий за передачу тепла от трубок к теплоносителю.
Теплосборник размещается сверху прибора. В его составе медный сердечник поглощает энергию и передаёт её на главный теплоноситель, движущийся по замкнутой системе «теплообменник бака-коллектор».
Система обеспечивает надёжную работу. циркуляционный насосАвтоматика, управляющая системой обогрева, точно контролирует температуру в трубах и при её снижении до критически низкого уровня (например, ночью) прекращает работу насоса.
Это предотвращает обратный нагрев, при котором теплоноситель отбирает тепло у горячей воды в резервуаре.
Преимущества и недостатки коллекторов вакуумного типа
В процессе работы агрегаты почти не теряют тепла благодаря вакууму, выступающему природным изолятором. Это только одно из достоинств.
Преимущества устройств также весьма заметны.
- Работает эффективно при температуре до -30 градусов по Цельсию.
- способность к аккумулированию температуры до 300°С;
- Полное поглощение тепла всех видов, видимых и невидимых.
- эксплуатационная устойчивость;
- Малая подверженность воздействию неблагоприятных погодных явлений.
- Малое парусование вызвано особенностями конструкции трубчатых систем, пропускающих воздух разной плотности.
- Высокая эффективность достигается в областях с умеренным и прохладным климатом, где мало солнечных дней.
- Срок службы при выполнении рекомендаций по использованию.
- Ремонтопригодность системы и возможность замены только дефектного компонента.
К минусам относятся трудности с самостоятельным очищением от наледи, а также высокая стоимость компонентов, требуемых для сборки прибора дома.
Сборка агрегата своими руками
Сборка вакуумного коллектора начинается изготовлением рамы-подложки для рабочих элементов. Ее устанавливают непосредственно в отведенном для агрегата месте.
Размер рамы определяется моделью, которая будет изготовлена, и указан в инструкции, прилагаемой к комплектующим.
Чтобы в дальнейшем из отверстий внутрь дома не поступала вода, места прилегания рамы к крыше дополнительно обрабатываю герметиком. После этого по месту монтажа доставляют накопительный бак и с помощью шурупов крепят его на верхней части рамы.
На следующем этапе собирают ТЭН, датчик температуры и автоматический воздухоотвод. Вспомогательные узлы и детали устанавливают на мягчающие прокладки, которые идут в комплекте. Крепление датчика температуры осуществляется с помощью торцового ключа.
После этого монтируют подводные магистрали водопровода. Для работы используют трубы из материалов, устойчивых к низким температурам и нагреву до 95°С. полипропиленовые трубы и фитинги.
После подключения водопровода накопительный бак наполняется водой для проверки герметичности. При обнаружении утечек за 3-4 часа устранение неисправностей производится.
В финале устанавливаются греющие элементы. Для этого медную трубку обматывают алюминиевым листом и помещают в стеклянную вакуумную трубку. Снизу на колбу надевают фиксирующую чашку и пыльник из прочной, гибкой резины.
В верхней части медного наконечника трубки помещают до упора в латунный конденсатор. Смазку с трубы не удаляют. Фиксирующий механизм на кронштейне защелкивают, и таким же способом монтируют все остальные стеклянные трубки.
На конструкцию устанавливают монтажный блок, подключают к нему электропитание напряжением 220 вольт и присоединяют систему из трёх блоков: ТЭНа, воздухоотвода и температурного датчика.
В самом конце устанавливается контроллер, обеспечивающий надлежащее управление системой. В его меню задаются требуемые настройки и система запускается в обычном режиме.
Инструкцию по строительству солнечного коллектора можно найти по шагам. этой статье.
Как правильно разместить прибор?
Для эффективной работы и обеспечения жилого помещения нужной энергией вакуумному коллектору требуется подходящее место и правильная ориентация по сторонам света.
В населённых пунктах Северного полушария целесообразно расположить коллектор на южной кровле здания или на солнечном участке. Предпочтительно, чтобы поверхность прибора имела минимальное отклонение от горизонтали.
Если направление на юг недоступно, лучше выбрать между западом и востоком наиболее освещенный угол на открытой местности.
Солнечный комплекс не должны перекрывать дымоходы, элементы декоративной кровли, ветки деревьев и сооружения — дома или постройки технического назначения. Так эффективность работы снизится, а нагрев работающих частей уменьшится.
Правильно установленный агрегат обеспечивает почти равномерную теплоотдачу круглый год, не завися от времени года.
Без большого опыта в сложных ремонтных работах вакуумирование трубок дома нецелесообразно.
Домашние вакуумные элементы менее эффективны по сравнению с промышленными деталями. Лучше купить готовую продукцию от проверенного производителя и попробовать собранных несколько секций дома.
На сайте можно найти статьи о монтаже систем отопления на базе солнечной энергии.
- Гелиос-систему для обогрева домов: изучение различных методов установки систем теплоснабжения с использованием солнечной энергии.
- Солнечное отопление для загородных домов: конструкция и принципы работы
- Виды гибких фотоэлектрических панелей и их технические характеристики, а также нюансы монтажа.
Выводы и полезное видео по теме
Работающий на солнечной энергии коллектор: подробное описание вакуумной трубки, принципа ее действия и особенностей функционирования всей системы. Автор делится интересными деталями и демонстрирует возможность установки как альтернативы газу.
Познавательные сведения о функционировании солнечного коллектора зимой.
Установка вакуумного солнечного коллектора в домашних условиях: пошаговая инструкция с советами.
Понимая принципы работы трубчатого вакуумного солнечного коллектора, можно изготовить его самостоятельно.
Это не очень сложная задача, но для неё нужен особый подход, аккуратность и навыки. В противном случае велика вероятность повредить колбу и нарушить её герметичность.
Предлагаем всем, кто интересуется выбором, установкой или самостоятельной сборкой солнечного коллектора, оставить комментарии и задать вопросы. Форма для связи размещена внизу страницы.