Ak-montazh.ru

Интернет-энциклопедия по ремонту
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Вакуумный солнечный коллектор: принцип работы + как собрать самому

Вакуумный солнечный коллектор – устройство, принцип работы, разновидности, плюсы и минусы, правила выбора и размещения

С наступлением холодного периода года каждый владелец частного дома невольно задумывается о том, как повысить эффективность отопления и при этом сэкономить на расходах. На выход в этой ситуации приходят современные технологии, использующие энергию солнечного света для выработки тепла. Разберем, что собой представляет вакуумный солнечный коллектор, каково его устройство, принцип работы и сфера применения, какими плюсами и минусами обладает, какие разновидности прибора существуют, а также каковы критерии его выбора и правила размещения.

Солнечный коллектор – что это такое, устройство, принцип работы

Климатическое оборудование, напрямую преобразующее энергию солнечного света в тепло, в технической терминологии называется солнечным коллектором. Прибор не вырабатывает электричество, как классическая солнечная батарея, а только собирает, концентрирует и передает тепло в систему отопления. В качестве теплоносителя выступает вода, незамерзающая жидкость или воздух.

По конструкционным признакам и связанным с ними принципом действия солнечные коллекторы, применяемые для отопления дома, в том числе в зимнее время, подразделяются на 3 основные вида – плоские, вакуумные и воздушные. Структурно прибор представляет собой набор последовательно соединенных трубок в форме змеевика, связанных с подающей и обратной магистралью. Внутри них циркулирует теплоноситель – вода, антифриз или воздух.

Любая модель вакуумного коллектора содержит в составе следующий набор основных узлов:

  • Внешняя большая прозрачная труба без воздуха.
  • Внутренняя малая трубка, внутри которой циркулирует теплоноситель.
  • Сборник-распределитель с подсоединенными большими трубами, внутри которых находятся трубки меньшего диаметра.

Схематично такая конструкция является аналогом прозрачного термоса с максимальной теплоизоляцией. Благодаря этому малые трубки хорошо прогреваются и передают тепло циркулирующему внутри них теплоносителю.

Принцип действия коллектора основан на естественных законах изменения свойств веществ под температурным воздействием – движущей силой, заставляющей теплоноситель циркулировать внутри системы трубок, являются такие природные процессы, как изменение плотности вещества, конвекция, сжатие-расширение и проч.

При этом для усиления интенсивности поглощения тепловой энергии от солнца применяются специальные адсорбенты, например, металлические пластины с зачерненным покрытием. И наоборот, для максимального прохода солнечного света верхняя часть установки изготавливается из материала с высокими светопропускными способностями.

Применение

Установка солнечный коллектора для обеспечения нужд частного дома позволяет решить не только проблемы отопления, но также дополнительный ряд вопросов:

  1. Производство бытовой горячей воды – для душа, ванны, стирки, уборки, мытья посуды.
  2. Поддержание эксплуатационных норм бассейна.
  3. Обогревание парников, теплиц, оранжерей.
  4. Создание альтернативной дежурной системы отопления на случай аварии действующей.
  5. Оптимизация, снижение расходов на работу традиционной системы обогрева.
  6. Приготовление технической горячей воды.

Плюсы и минусы

В зависимости от того, какую конструкцию имеет солнечно-коллекторное оборудование, система отопления обладает определенным рядом плюсов и минусов. Так, достоинства плоских разновидностей проявляются в следующем:

  • Наиболее выгодное соотношение «цены оборудования – производства тепла» для регионов с умеренным климатом.
  • Полная автономность отопления и производства горячей воды.
  • Максимальный КПД в период наивысшей солнечной активности в сравнении с солнечными батареями и ветрогенераторами.
  • Независимость от стандартных энергоресурсов и постоянного роста цен на них.
  • Средний срок окупаемости – 3-5 лет.
  • Срок службы – не менее 30 лет.
  • Функция самоочищения от снега, града.
  • Легкое подключение к системе отопления.
  • Абсолютная безвредность для окружающей среды.

Плоский солнечный коллектор, применяемый для нагрева теплоносителя системы отопления, не лишен некоторых недостатков:

  1. Высокая стоимость оборудования, необходимость затрат на установку и внедрение в систему отопления.
  2. Наличие парусных характеристик прибора, что создает вероятность повреждения при сильном ветре.
  3. Низкий КПД при пасмурной погоде, а также в период холодов.
  4. Большие тепловые потери из-за несовершенства устройства конструкции.

Вакуумные разновидности отличаются от плоских в лучшую сторону с точки зрения производительности, а также в силу следующих положительных особенностей:

  • Широкий диапазон рабочей температуры, в том числе в мороз до -30-500С.
  • Минимальные параметры парусности и вероятность повреждения ветром.
  • Расширенные производительные способности ввиду способности поглощать излучение невидимой части спектра солнечного света.
  • Незначительные тепловые потери из корпуса.
  • Высокая надежность в эксплуатации.
  • Ремонтопригодность – при неисправности требуется заменить один или несколько рабочих элементов, а не всю конструкцию.
  • Возможность разогрева теплоносителя до 3000С.
  • Нечувствительность конструкции к атмосферным осадкам.

Негативные свойства вакуумных моделей связаны прежде всего с высокой стоимостью оборудования и строгими требованиями по монтажу.

Разновидности

Современные солнечные коллекторы бывают водяными и воздушными. У первых в качестве теплоносителя используется вода, антифриз или иная жидкость с подходящими свойства. Циркулируя по внутренним трубкам, она передает тепло в теплообменник системы отопления. Внутри воздушной модификации аналогичным образом нагревается поток воздуха, который затем поступает на нужды обогрева.

По особенностям конструкции приборы различаются на 2 основных типа:

  1. Плоские. Имеют форму невысокой вытянутой коробки, нижняя часть которой выложена теплоизоляционным слоем, а верх закрыт светопропускающей оболочкой, как правило, прочным стеклом. Внутри находится хорошо поглощающий тепло материал, в массу которого внедрены трубки с циркулирующим теплоносителем. Устройства характеризуются низкой себестоимостью.
  2. Вакуумные. Представляют собой набор отдельных трубок-термосов, внутри которых располагается теплопоглощающий наполнитель и трубки с теплоносителем. Приборы отличаются большой рабочей поверхностью и максимальной производительностью.

По температуре теплоносителя и соответствующей сфере применения оборудование подразделяется на 3 разновидности:

  • Низкотемпературные. Нагрев теплоносителя до 50-600С. Находят применение для разогревания воды для душа, бассейна, орошения растений, а также отопления весной или осенью.
  • Среднетемпературные. Нагревают теплоноситель до 80-900С. К данному сегменту относится большинство самодельных солнечных коллекторов на базе ПНД-труб и других доступных материалов. Применяются для отопления домов.
  • Высокотемпературные. Температура теплоносителя достигает 3000С. Основная сфера применения – промышленный обогрев больших площадей и территорий ангаров, цехов, торговых центров и проч.

По способу применения гелео-установки классифицируются на 2 категории:

  • Пассивные. Используются без дополнительного оборудования. Подсоединяются к бойлеру косвенного нагрева для производства бытовой горячей воды.
  • Активные. Система работает с участием сопутствующих приборов – циркуляционного насоса, клапанов, накопительного бака, дополнительными нагревателями и проч. Используется для отопления и нагрева воды.

По схеме передачи тепловой энергии коллекторы делятся на 2 типа:

  1. Косвенные. В схеме задействуется аккумуляторный резервуар, в котором тепло от внешнего контура передается внутреннему.
  2. Прямые. Тепло от установки напрямую передается приемнику.

Критерии выбора

При выборе солнечного теплового коллектора необходимо заострить внимание на следующем ряде критериев:

  • Модели плоского типа отличаются максимальной прочностью, однако при поломке требуют полной замены, что подразумевают максимальные финансовые затраты.
  • Вакуумные экземпляры более эффективны для зимы, так как сильнее разогревают теплоноситель, но отличаются хрупкостью трубок. Однако при поломке дают возможность менять отдельные элементы.
Читайте так же:
Весьма усиленная изоляция стальных труб – надежный метод защиты от коррозии

Видео описание

Видео-обзор применения вакуумного солнечного коллектора в своем доме:

  • Воздушные модификации благодаря простоте устройства дольше служат и не требуют особого обслуживания. Главный их недостаток – недостаточная выработка тепла в холодное время года.
  • Количество вырабатываемого вакуумным прибором тепла напрямую зависит от размера трубок. Оптимальными считаются модели с несколькими трубками, протяженностью не менее 2 м и диаметром от 6 см.
  • Показатель мощности оборудования характеризует количество вырабатываемого тепла, выражаемого в кВт, при условии расположения солнца в зените и полной безоблачности.

Правила размещения

Для того чтобы солнечный коллектор эффективно обеспечивал дом теплом, в том числе зимой, необходимо при его размещении учесть следующие правила:

  • Рабочая поверхность прибора должна быть обращена на южную часть небосклона, и не отклоняться более, чем на 30 град.

Видео описание

Видео-пример прикладного использования солнечного коллектора для дачного дома:

  • На светопоглощающую панель не должна падать тень от рядом расположенных объектов – домов, деревьев, труб, забора и проч.
  • При размещении прибора на крыше дома требуется заранее спроектировать для него крепление.
  • Во избежание скопления осадков на рабочей поверхности прибор необходимо установить как можно ближе к вертикальной плоскости, но с минимальным ущербом для улавливания солнечного света.
  • Для оптимальной работы на протяжении всего года прибор нужно установить на южную сторону с углом, равным географической широте местности.

Видео описание

Видео о том, как работает солнечный коллектор в зимнее время:

Коротко о главном

Солнечный коллектор представляет собой климатический прибор для сбора и передачи тепла солнечной энергии теплоносителю системы отопления. Приборы такого типа бывают жидкостными и воздушными, плоскими и вакуумными. Общая схема их работы сводится к тому, что теплоноситель, расположенный во внутренних трубках, нагревается теплом солнечного света, а затем поступает в теплообменник и передает энергию на отопление или горячее водоснабжение.

Тепловой коллектор может применяться для различных целей – нагрева воды для бытовых нужд, обогрева дома, теплиц и подсобных помещений, поддержки теплового режима резервуаров, создания альтернативной системы отопления, снижения расходов основной системы обогрева. Плюсы оборудования – выгодное производство тепла, независимость от внешних источников энергии, большой КПД, быстрая окупаемость, долговечность, работа в морозы, безвредность. Недостатки – высокая стоимость оборудования и монтажа, возможность повреждения ветром, вероятность теплопотерь.

Солнечные коллекторы классифицируются по ряду признаков:

  • Конструкции – плоские, вакуумные.
  • Уровню нагрева теплоносителя – низко-, средне- и высокотемпературные.
  • Способу применения – активные и пассивные.
  • Схеме теплопередачи – прямые и косвенные.

Выбирать и устанавливать оборудование необходимо, исходя из специальных правил, рекомендаций и конкретных условий применения.

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.

вакуумный коллектор14

Между трубками – вакуумное пространство.

Принцип работы подобных устройств следующий

  1. Солнечные лучи попадают на стеклянные трубки, обработанные специальным слоем и их энергия поглощается этим элементом конструкции.
  2. 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.
  3. Комплекты трубок помещены в общий блок, в котором контактируют с циркулирующим теплоносителем.
  4. В парообразном состоянии энергия передается теплоносителю, после чего вещество конденсируется и в жидком состоянии стекает вниз.
  5. Процесс повторяется снова.

Популярные марки вакуумных коллекторов

Сегодня, на рынке альтернативных источников энергии вакуумные коллекторы представлены отечественными и зарубежными производителями.

В России их производят в таких компаниях, как: «АльтЭнергия» (г. Анапа), ВПК «НПО Машиностроения» (г. Реутов), ПК «АНДИ Групп» (г. Москва).

В мире наиболее широко представлена продукция компании: «GREENoneTEC» (Австрия), «Soletrol» (Бразилия), «Guangdong Fivestar Solar Energy Co., Ltd» (Китай).

ВПК «НПО Машиностроения» выпускает солнечный коллектор «Сокол-Эффект»вакуумный коллектор1

Технические характеристики устройства:

  • Материал поглощающей панели – медь/алюминий;
  • Габаритные размеры – 2008х1093х76,7 мм;
  • Поглощающая площадь – 2,06 м2;
  • Мощность – 1,5 кВт;
  • Масса – 36,5/32 кг;
  • Рабочее давление – до 0,6 МПа;
  • КПД – 82%;
  • Теплоизоляция – минеральное волокно.

«АльтЭнергия» выпускает солнечные коллекторы серии R1 «SunRain»

Технические характеристики устройства:

  • Материал поглощающей панели – трехслойное селективное покрытие;
  • Габаритные размеры – 2420х2010х145 мм;
  • Поглощающая площадь – 2,41 м2;
  • Масса – 106,0 кг;
  • КПД – 95%.

ПК «АНДИ Групп» выпускает солнечные коллекторывакуумный коллектор3

Серии «ДАЧА» и «ДАЧА ЛЮКС».
Технические характеристики:

  • Габаритные размеры – от 2350х950х1600 до 2350х2050х1600 мм (в зависимости от модели);
  • Поглощающая площадь – от 1,32 до 3,17 м2 (в зависимости от модели);
  • Масса – от 58,0 до 108,0 кг (в зависимости от модели);
  • Количество вакуумных трубок – от 10 до 24 шт. (в зависимости от модели).

Серия «УНИВЕРСАЛ».
Технические характеристики:

  • Габаритные размеры – от 2350х1350х1600 до 2350х3200х1600 мм (в зависимости от модели);
  • Поглощающая площадь – от 1,97 до 4,76 м2 (в зависимости от модели);
  • Мощность – 1,5 – 2,0 кВт;
  • Масса – от 64,0 до 152,0 кг (в зависимости от модели);
  • Количество вакуумных трубок – от 15 до 36 шт. (в зависимости от модели).

вакуумный коллектор11

  • Габаритные размеры – от 2000х950х1420 до 2000х2300х1420 мм (в зависимости от модели);
  • Поглощающая площадь – от 1,58 до 3,96 м2 (в зависимости от модели);
  • Масса – от 37,0 до 93,0 кг (в зависимости от модели);
  • Количество вакуумных трубок – от 12 до 30 шт. (в зависимости от модели).

Компания «GREENoneTEC» (Австрия)

Выпускает вакуумные солнечные коллекторы 2-х типов, это: FK 8200N 4H VS7E и FK 8200N 4H VS7E, которые отличаются по материалу абсорбера и мощности.
Технические характеристики устройств:

  • Материал поглощающей панели – Cu-Al сплав Blue TiNox/Cu-Al сплав Black Ch;
  • Габаритные размеры – 1730х1170х83 мм;
  • Поглощающая площадь – 1,91 м2;
  • Мощность – 1,91/1,81 кВт;
  • Масса – 35,0 кг;
  • Количество вакуумных трубок – 10 шт.
Читайте так же:
Сплит-система Electrolux EACS-07HAT/N3: технические характеристики модели + сравнение с конкурентами

Вакуумные коллекторы компания «Soletrol» (Бразилия)

Представлены единичными экземплярами, техническаяинформация по ним отсутствует.

Компания «Guangdong Fivestar Solar Energy Co., Ltd» (Китай)

вакуумный коллектор10

Выпускает вакуумные коллекторы серии AL-HP.
Технические характеристики:

  • Габаритные размеры – от 2020х1240х180 до 2020х2440х180 мм (в зависимости от модели);
  • Масса – от 51,0 до 97,0 кг (в зависимости от модели).

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.

вакуумный коллектор15

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.

вакуумный коллектор13

Для изготовления коллектора понадобятся:

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

вакуумный коллектор8

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:

вакуумный коллектор7

  • 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:вакуумный коллектор6
  1. Серии R1 «SunRain» от 24000,00 до 60000,00 рублей в зависимости от конструкции.
  2. Серии U от 18000,00 до 35000,00 рублей в зависимости от конструкции.
  • Стоимость вакуумных коллекторов компании ПК «АНДИ Групп» составляет:
  1. Серия «УНИВЕРСАЛ», от – 47700,00 до 89700,00 рублей в зависимости от модели;
  2. Серия «ДАЧА» от 17500,00 до 36000,00 рублей в зависимости от модели;
  3. Серия «ДАЧА ЛЮКС» от 24500,00 до 37500,00 рублей в зависимости от модели;
  4. Серия SCH от 25400,00 до 61700,00 рублей в зависимости от модели.
  • Стоимость коллекторов компании «GREENoneTEC» составляет:вакуумный коллектор5
  1. Модель FK 8200N 4H VS7E – 454 евро;
  2. FK 8200N 4H VS7E – 420 евро.
  • Стоимость коллекторов компании «Guangdong Fivestar Solar Energy Co., Ltd» составляет:
  1. Серия AL-HP — от 440 до 880 долларов.

Плюсы и минусы вакуумных коллекторов

вакуумный коллектор16

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.

Вакуумный солнечный коллектор для отопления и горячего водоснабжения дома

Вакуумный солнечный коллектор представляет собой современный прибор для эффективного отопления и горячего водоснабжения жилых домов. В качестве основного источника тепловой энергии он использует инфракрасный спектр солнечного излучения. Данный вид энергии является неиссякаемым и бесплатным, в связи с этим вакуумные солнечные коллекторы обрели большую популярность. Однако их применение заставляет учитывать ряд важных нюансов.

Как действует вакуумный агрегат

Вакуумные коллекторы показывают высокую эффективность выработки энергии на протяжении всего года. Наружный блок коллекторов представлен трубчатой системой, внутри которой расположены теплоприемники. Из пространства между теплоприемником и стенками цилиндров откачан воздух, таким образом, там создается вакуум.

Цилиндрическая форма элементов внешней конструкции вакуумного солнечного коллектора выбрана неспроста. Она способствует перпендикулярному воздействию солнечных лучей на ось теплоприемника. Такое воздействие обеспечивает максимальную мощность выработки энергии. Трубки солнечного коллектора поглощают даже рассеянный солнечный свет, когда на улице стоит пасмурная погода. Вакуум обеспечивает предельно высокую теплоизоляцию, что позволяет солнечным коллекторам эффективно функционировать при температурах вплоть до 30 градусов по Цельсию ниже ноля.

Схема работы солнечных коллекторов

С помощью теплоносителя энергия передается в тепловой аккумулятор (бак) и накапливается в нем

Схема работы солнечных коллекторов выглядит следующим образом. Внешний блок коллектора поглощает лучистую энергию солнца и преобразует ее в тепло. После этого она отдается теплоносителю, в роли которого обычно выступает вода. Она обладает одной из самых больших теплоемкостей среди природных веществ. С помощью теплоносителя энергия передается в тепловой аккумулятор и накапливается в нем. В роли аккумулятора выступает специальный бак.

Делается это для того, чтобы не дать выработанному теплу сразу рассеяться и сохранить его на долгое время. От аккумулирующего тепло бака расходится система трубок, которая, распространяясь по дому, обеспечивает его отопление и водоснабжение. Для циркуляции воды по системе используется насосная станция. Так упрощенно выглядит принцип работы теплового коллектора.

Разновидности вакуумных солнечных коллекторов

В основе классификации солнечных коллекторов вакуумного типа лежат две их характеристики. Это вид стеклянного цилиндра и вид используемого теплового канала.

Читайте так же:
Как почистить газовую колонку “Bosch” своими руками: руководство по уходу + ценные советы

В конструкции вакуумных коллекторов встречаются стеклянные цилиндры (трубки) двух видов:

  • Коаксиальные трубки. Их конструкция предполагает наличие двух стеклянных колб, помещенных одна в другую. Пространство между внешней и внутренней колбой заполнено вакуумом. Поверхность внутренней колбы покрыта специальным веществом с высоким коэффициентом теплопоглощения. По сути внутренняя трубка и является теплоприемником. Во внутренней трубке размещен полый медный контур, заполненный эфирным составом. При нагревании данный состав испаряется и отдает полученную энергию теплоносителю, после чего обратно конденсируется.
  • Перьевые трубки. В их конструкции предусмотрена одна стеклянная колба, в которую помещен специальный медный элемент – тепловой поглотитель. Для увеличения его площади он выполняется рифленым. Вследствие этого он отдаленно становится похож на перо, отсюда и пошло название. Медный тепловой абсорбер покрывается специальным составом, увеличивающим эффективность поглощения солнечных лучей и выработку тепла. Коллекторы с перьевыми трубками обладают большей эффективностью и более долговечны по сравнению с агрегатами, где используются коаксиальные трубки.

Среди используемых в коллекторах вакуумного типа тепловых каналов выделяют также два вида:

  • Каналы типа Heat Pipe. Такая конструкция предполагает наличие внутри полости трубки специального теплосборника. Испаренный эфирный состав передает ему тепловую энергию, а теплосборник в свою очередь отдает ее теплоносителю для дальнейшего распространения по системе.
  • Прямоточные U-образные каналы. Особенностью данной конструкции является циркуляция теплоносителя по тонкому U-образному каналу непосредственно внутри стеклянного цилиндра теплоприемника. С одной стороны входит вода, либо другой применяемый теплоноситель. Проходя по трубке, он забирает тепловую энергию от теплоприемника и выходит со второго конца уже нагретый.

Создание солнечного коллектора вакуумного типа своими руками

Создание подобной конструкции в домашних условиях процесс довольно сложный и требует высокой степени подготовки. Главная трудность сооружения такого агрегата заключается в создании внешнего блока.

Создание солнечного коллектора своими руками

Вакуумирование колбы и теплоприемник сделать без сложного оборудования невозможно, поэтому их проще купить в заводском исполнении

Качественные вакуумирование колбы, содержащей внутри еще и теплоприемник, требует не только мастерства, но и наличия сложного оборудования. Выполнить такую операцию в кустарных условиях невозможно, поэтому в приведенной инструкции будет описан способ с использованием колб заводского выпуска. Но и здесь есть свои сложности. Работы по их монтажу требуют высшей степени аккуратности.

Саму технологию сборки можно разбить на несколько этапов:

  • Прежде всего, нужно соорудить раму, на которую будут крепиться внешние конструктивные элементы. Производить сборку лучше всего непосредственно по месту запланированной установки конструкции. Как правило, их размещают на крыше.
  • После сборки рамы необходимо ее надежно закрепить. Особенности используемого способа крепления будут зависеть от характеристик самой кровельной конструкции. Важным этапом, общим для всех видов крыш, является герметизация отверстий, проделанных для закрепления каркаса.
  • На следующем этапе необходимо установить накопительный бак, который будет выполнять задачу по аккумуляции тепла. Для этой цели нужен объемный резервуар и его установка потребует применения спецтехники, либо привлечения дополнительной рабочей силы. Также на этом этапе устанавливается насосная станция.
  • Далее необходимо провести монтаж вспомогательных узлов и агрегатов, таких как ТЭН, датчик контроля температуры и воздуховод.
  • Теперь необходимо провести закладку труб, по которым будет циркулировать теплоноситель. Трубы должны быть выполнены из материала устойчивого как к высоким, так и к низким температурам. Оптимальным вариантом будет использование полипропиленовых каналов.
  • После монтажа трубопровода необходимо провести его проверку на герметичность в комплексе с накопительным баком. В случае обнаружения течей, перед продолжением работ их стоит устранить и провести повторную проверку.
  • Далее производится установка трубок теплоприемника. Так как используются заводские изделия, необходимо внимательно ознакомиться с прилагаемой к ним инструкцией по монтажу. На данном этапе нужно попытаться просчитать все возможные нюансы, ведь допущение ошибки приведет к большим экономическим затратам. Эти изделия довольно-таки дороги.
  • На следующем этапе производится установка монтажного блока и подключение его к электросети. Затем к нему подключаются вспомогательные узлы и агрегаты, установленные ранее. Далее к монтажному блоку подключается блок-контроллер, необходимый для мониторинга за состоянием всей системы.
  • Завершающим этапом установки солнечного коллектора вакуумного типа станет проведение пусконаладочных работ. С их помощью выявляются и устраняются все допущенные при монтаже огрехи.

Особенности правильного расположения вакуумного солнечного коллектора

Для того, чтобы вакуумный солнечный коллектор работал с максимальной эффективностью необходимо правильно расположить его в пространстве. Для северного полушария плоскость внешнего блока должна быть обращена на юг. Также имеет значение угол его наклона к горизонту. Он должен равняться широте местности, на которой происходит установка агрегата.

Расположение солнечного коллектора

При установке коллектора следует учитывать геометрию крыши и угол наклона к горизонту

Кроме географических особенностей необходимо учитывать геометрию крыши, где он устанавливается. Установить коллектор нужно таким образом, чтобы тень от надстроек крыши не падала на него ни при каких обстоятельствах.

Таким образом, солнечный коллектор вакуумного типа является эффективным решением для отопления и снабжения дома горячее водой. Однако его конструктивные особенности и зависимость от движения солнца, которое является для него источником энергии, требует соблюдения ряда особенностей при его монтаже.

Вакуумный солнечный коллектор: монтаж, подключение, эксплуатация

На сегодняшний день наиболее рациональный способ использования солнечной энергии — вакуумные коллекторы системы ГВС. Наш обзор ответит на основные вопросы по особенностям работы гелиоустановок, их монтажу и использованию для бытовых нужд частного дома.

Вакуумный солнечный коллектор: монтаж, подключение, эксплуатация

Как устроен вакуумный коллектор

В отличие от плоского панельного коллектора, где происходит нагрев массивного радиатора, в котором заключён теплообменник с водой, вакуумные гелиоустановки работают иначе. В них теплоноситель циркулирует по тонким трубкам, заключённым в прозрачные колбы, поднимаясь из нижней части в верхнюю под действием конвекции, которой сопровождается нагрев. Опционально вакуумный коллектор может иметь следующие конструктивные особенности:

  • Зеркальное дно колбы, фокусирующее световой поток на трубке.
  • Наличие радиаторов на внутренних трубках, что способствует более эффективному поглощению тепла.
  • Нанесение на внутренние трубки специального покрытия в аналогичных целях.
  • Использование вместо трубок с теплоносителем тепловых трубок, заполненных веществом с низкой температурой кипения.
  • Заполнение колб вакуумом и многослойная стеклянная оболочка для снижения обратных теплопотерь.

Устройство вакуумной трубки солнечного коллектора

Устройство вакуумной трубки солнечного коллектора: 1 — вход охлаждённого теплоносителя; 2 — теплообменник (коллектор); 3 — корпус теплосъёмника; 4 — теплоизоляция; 5 — конденсатор тепловой трубки; 6 — выход нагретого теплоносителя; 7 — герметичная пробка; 8 — рабочая жидкость; 9 — тепловая трубка; 10 — алюминиевая пластина (абсорбер); 11 — вакуумная трубка;

Внедрение подобных решений увеличивает стоимость коллектора, но чем выше цена, тем больше солнечной энергии установка способна собрать и направить на нагрев воды. Это особенно важно в условиях российского климата, где малая продолжительность светового дня и низкий уровень освещённости делают возможным использование только высокоэффективных установок. Производительность коллектора определяется его паспортными данными в соответствии с потребностями системы ГВС.

Читайте так же:
Сифон для мойки: конструкция, назначение, особенности монтажа своими руками

Сборка и установка коллектора на крышу

Одно из главных отличий вакуумного коллектора в том, что он не требует подъёма на крышу и установки в сборе. Монтаж можно проводить отдельными узлами, что сильно облегчает самостоятельное выполнение работ.

Первоначально собирается несущая рама. Она достаточно объёмная, но при этом лёгкая, поэтому сборку проще провести на земле. Основным несущим элементом рамы являются боковые продольные рейлинги, которые имеют квадратный или П-образный профиль. В верхней части рейлинги крепятся к манифольду — сборному коллектору, к которому подключаются нагревательные колбы. Внизу профили соединяются распорной рейкой, на которой закреплена планка с углублениями — держатель вакуумных трубок. Дополнительно рейлинги соединяются в средней части одной или двумя распорками, которые могут иметь амортизирующие накладки сверху.

Вакуумный солнечный коллектор: монтаж, подключение, эксплуатация

По углам к бокам рамы крепятся косынки с радиальными пазами. К ним болтовыми соединениями прикручиваются ноги: длинные со стороны манифольда и короткие в нижней части. За счёт возможности наклонного крепления к косынкам обеспечивается регулировка угла установки, однако сразу нужно затянуть только осевые винты с втулками, фиксаторы затягивают при завершении монтажа. Задние ноги во многих коллекторах соединяются между собой стальными растяжками. В нижней части к ногам прикручиваются наклонные лапы для крепления к кровле.

После предварительной сборки рама поднимается на крышу и размещается на скате, обращённом к южной стороне. Сначала коллектор крепится в нижней части, затем смещением или регулировкой длины задних ног регулируется положение установки. Крепление ног осуществляется в обрешётку сквозь покрытие кровли, под лапами устанавливаются специальные уплотнения из комплекта поставки. Располагать коллектор на крыше нужно таким образом, чтобы ноги опирались на гребни рельефного покрытия. При необходимости на крышу монтируют промежуточные рейки или используют в качестве таковых трубчатые снегозадержатели.

Вакуумный солнечный коллектор: монтаж, подключение, эксплуатация

Считается, что оптимальный угол наклона равен географической широте, на которой расположен коллектор, однако в зависимости от времени года и особенностей конструкции могут иметься коррективы, обозначенные производителем в инструкции по монтажу. У некоторых коллекторов задние лапы закреплены в продольных пазах для возможности изменения наклона в разное время года. Также отметим, что на крутых скатах передние и задние ноги могут меняться местами для соблюдения требуемого угла установки.

Монтаж теплового аккумулятора

Поглощаемое трубками коллектора тепло передается в систему горячего водоснабжения, однако работа в проточном режиме невозможна из-за недостаточной мгновенной мощности. Нагреваемая вода накапливается в тепловом аккумуляторе, откуда затем поступает в точки водоразбора. Вариантов размещения аккумулятора существует два.

Солнечный вакуумный коллектор с баком

Солнечный вакуумный коллектор с баком-накопителем

Первый — в верхней части коллектора, при этом бак совмещён с манифольдом и тепло от трубок коллектора поглощается непосредственно водой. Такое размещение аккумулятора выгодно только с той точки зрения, что его не придётся устанавливать в доме, расходуя полезное пространство. Однако несмотря на наличие теплоизоляции, потери тепла достаточно высоки, что допускает применение внешних аккумуляторов только в регионах с умеренным климатом. Поскольку в гелиоконтуре используется вода, внутри бака устанавливается ТЭН, не допускающий замерзания теплоносителя во время простоя, либо реализуется система обратного нагрева путём ограниченной циркуляции гелиоконтура.

Схема нагрева воды солнечными коллекторами

Гелиосистема для подогрева воды от солнца: 1 — подача холодной воды; 2 — теплообменник; 3 — бойлер косвенного нагрева (теплоаккумулятор); 4 — датчик температуры; 5 — контур теплоносителя; 6 — насосная станция; 7 — контроллер; 8 — расширительный бак; 9 — горячая вода; 10 — трёхходовой кран; 11 — солнечный коллектор

Теплоаккумулятор, размещённый внутри дома, способен удерживать тепло нагретой воды всю ночь вне зависимости от наружной температуры, к тому же объём запасаемой воды практически не ограничен. Как правило, в этих целях используют бойлеры косвенного нагрева, в качестве теплоносителя во внешнем контуре применяется раствор пропиленгликоля для систем отопления.

Прокладка трубопроводов

Одна из самых сложных задач при монтаже коллектора — соединить его с внутренней сантехникой. Трубопровод должен не только быть устойчивым к перепадам температур, но также иметь качественное утепление. Самым оптимальным вариантом для этих целей считаются трубы PEX с системой надвижных фитингов, которые применяются в системах горячего водоснабжения.

Вакуумный солнечный коллектор: монтаж, подключение, эксплуатация

В идеале протяжённость труб должна быть минимальной, особенно во внешней части магистрали. Поэтому коллекторы принято монтировать в самой низкой части ската, заводя соединительные трубы под покрытие в области мауэрлата. Такое размещение не всегда приемлемо из-за затенения места установки, что вынуждает поднимать коллектор вверх, выполняя проход труб через кровлю с применением специальных герметизирующих вводов. Внешняя часть трубопроводов должна облачаться в теплоизоляционную скорлупу из вспененного полиизоцианурата или каучука, способных выдерживать температуру свыше 150 °С. Теплоизоляция должна иметь наружную защитную оболочку, устойчивую к ультрафиолету. Внутренние части магистрали также обязательно должны иметь теплоизоляцию.

Обвязка и дополнительные устройства

Наиболее интересная техническая задача при монтаже солнечного коллектора — взаимосвязать его с прочими сантехническими системами и обеспечить корректную работу, решив при этом ряд детских болезней гелиоустановки. Наиболее просто выполняется подключение при внешнем расположении аккумулятора: к его нижнему патрубку подводится холодная вода, от верхнего ведётся забор горячей, перемещение жидкости выполняется под рабочим давлением водопроводной системы.

Подключение внутреннего аккумулятора к манифольду коллектора выполняется двумя параллельными трубками, при этом в разрыв холодной устанавливается циркуляционный насос с мокрым ротором и специальной гидравлической схемой для гелиосистем. Паспортом насоса должна быть предусмотрена возможность работы в системах с пропиленгликолем.

Вакуумный солнечный коллектор: монтаж, подключение, эксплуатация

Одна из главных проблем, возникающих при эксплуатации солнечного коллектора — стагнация, когда температура в обоих контурах достигает практического максимума и теплоноситель начинает кипеть в манифольде или самих трубках коллектора. Данное явление в основном наблюдается за несколько часов до полудня из-за того, что к наиболее активному периоду нагрева вода в аккумуляторе не успела полностью остыть. Самое примитивное решение проблемы — включение активной циркуляции за несколько часов до светового дня для полного охлаждения аккумулятора, что не решает проблемы полностью и также не вполне удобно для жильцов.

Альтернативный вариант — включение при перегреве дополнительного контура. Это решение реализуется установкой в точке подключения к манифольду пары трёхходовых кранов с сервоприводами, соединённых трубкой протяжённостью 3–4 метра. При достижении в первичном контуре максимальной температуры контроллер открывает краны, за счёт чего магистраль удлиняется и происходит дополнительное охлаждения теплоносителя, поступающего в манифольд.

Читайте так же:
Тепловой насос Френетта: устройство и принцип работы + можно ли собрать самому?

Вакуумный солнечный коллектор: монтаж, подключение, эксплуатация

Другой, более рациональный вариант — подключение теплового аккумулятора к системе отопления. При наступлении стагнации основной тепловой узел останавливается и часть воды из обратки направляется в третий теплообменник бойлера косвенного нагрева, охлаждая его содержимое. Конструктивно такое решение сложнее и к тому же дороже в реализации, но при этом гораздо более выгодное с точки зрения энергоэффективности. Все описанные способы плохо работают в тёплое время года, поэтому обезопасить коллектор от перегрева можно только его искусственным затенением.

Как работает и как устроен солнечный коллектор на вакуумных трубках

panel pic side

Солнечный вакуумный коллектор (преобразователь тепловой энергии солнца) обеспечивает сбор солнечного излучения в любую погоду, вне зависимости от внешней температуры. Коэффициент поглощения энергии таких коллекторов, при степени вакуума 10ֿ, составляет 98 %. Солнечные коллекторы обычно устанавливаются непосредственно на крыше зданий таким образом, чтобы наиболее эффективно использовать площадь крыши для сбора энергии. Коллекторы монтируются практически под любым углом, от 5 до 90 градусов. Минимальный угол наклона необходим для обеспечения циркуляции теплоносителя Срок службы вакуумных коллекторов – не менее 20 лет.

Резервуар-теплообменник представляет собой автоматизированную систему преобразования, поддержания и сохранения тепла, полученного от энергии солнца, а также и от других источников энергии (например, традиционный водонагреватель, работающий на электричестве, газе или дизтопливе), которые страхуют систему при недостаточном количестве солнечной энергии. Нагретая таким образом вода поступает из теплообменника внутреннего блока в радиаторы системы отопления, а вода из резервуара используется для горячего водоснабжения.

Schematic3

Блок управления предназначен для контроля температуры в солнечном коллекторе и резервуаре-теплообменнике, а также для выбора, в зависимости от величины этих температур, оптимального режима работы системы в течение суток. При этом контроллер регулирует поток теплоносителя через теплообменник, определяет направление подачи тепла (на ГВС или на отопление). В ночное время автоматика системы обеспечивает минимально необходимое привлечение дополнительной энергии для поддержания заданной температуры внутри помещения. Система обладает малой инерционностью, быстрым выходом на рабочий режим и позволяет обеспечить:

  • Круглогодичное горячее водоснабжение;
  • Сезонное отопление с экономией традиционных источников тепловой энергии до 80% (в зависимости от географической широты и климатических условий).

Конструкция элементов

вакуумный коллектор

Конструкция коллекторов с вакуумными трубами состоит из параллельных рядов прозрачных трубчатых профилей. Используются трубы типа ”стекло-стекло”. Внутренняя труба покрыта специальным селективным слоем, который хорошо абсорбирует солнечную энергию и препятствует потерям тепла. Такие трубы функционируют и в пасмурную погоду, и при отрицательной температуре, они преобразуют прямые и рассеянные солнечные лучи в тепло. Инфракрасное излучение, которое проходит сквозь облака, также поглощается и преобразуется в тепло. Трубки обычно выполнены из боросиликатного стекла.

Конструкция вакуумных труб похожа на конструкцию термоса: одна трубка вставлена в другую с большим диаметром. Между ними вакуум, который представляет совершенную термоизоляцию. Для всесезонных систем в коллекторах применяются вакуумные трубы с встроенными термотрубками (тепловыми трубками). Термотрубка – это закрытая медная труба с небольшим содержанием легкокипящей жидкости. Под воздействием тепла жидкость испаряется и забирает тепло вакуумной трубки. Пары поднимаются в верхнюю часть – наконечник, где конденсируются и передают тепло теплоносителю основного контура водопотребления или незамерзающей жидкости отопительного контура. Конденсат стекает вниз, и все повторяется снова.

Приемник солнечного коллектора медный с полиуретановой изоляцией, закрыт нержавеющим листом. Передача тепла происходит через медную „гильзу“ приемника. Благодаря этому отопительный контур отделен от трубок, при повреждении одной трубки коллектор продолжает работать. Процедура замены трубок очень проста, при этом нет необходимости сливать незамерзающую смесь из контура теплообменника.

Резервуар-теплообменник

Конструктивно выполнен в виде бойлера-накопителя. Предназначен для накопления и сохранения тепла, и обычно включает в себя одну или две внутренние теплообменные спирали. Остальное оборудование системы обычно включает насос, манометр, клапан давления, вентили, кран регулировки налива воды, соединители, манометр, вентиль безопасности на 6 атм., набор для безопасного подсоединения к отопительной системе. Как опция бак может оснащаться электронагревателем мощностью от 1 до 3 кВт.

При одновременной потребности в горячей воде и отоплении, солнечная энергия распределяется между нагревом главного котла и горячим водоснабжением. При достижении заданной температуры, автоматика переключает подачу тепла на отопительный контур. Такая последовательность работы системы может быть изменена на прямо противоположную, в зависимости от климатической зоны или времени года. Система сконструирована таким образом, что к ней легко могут подсоединяться другие нагревательные системы.

Системный контроллер для солнечных водонагревательных систем

Контроллер предназначен для контроля температуры в солнечном коллекторе, в резервуаре-теплообменнике и выбора, в зависимости от величины этих температур, оптимального режима работы системы в течение суток.

Контроллер выполняет следующие основные функции:

  • Индикацию температуры коллектора;
  • Индикацию температуры в резервуаре;
  • Индикацию температуры обратного потока теплоносителя;
  • Установка температуры включения принудительной циркуляции теплоносителя;
  • Установка времени включения и выключения системы отопления;
  • Установка температуры и времени дополнительного подогрева;
  • Установка температуры “антизамерзания”;
  • Индикацию повреждения датчиков.

Типы гелиосистем

Различают два типа гелиосистем: сезонные и круглогодичные (всесезонные)

К сезонным системам относятся вакуумные коллекторы с прямой теплопередачей солнечной энергии воде. В таких системах вакуумные трубки расположены под определенным углом и соединены с накопительным баком. Из него вода протекает прямо в трубки, нагревается и возвращается обратно.

К преимуществам этой системы относится непосредственная передача тепла воде без участия других элементов. Минусом можно считать несколько больший объем воды контура теплообменника (60-200 литров). Основным преимуществом остается низкая стоимость и высокий КПД, до 98 %.

К всесезонным системам относятся вакуумные коллекторы с термотрубками. Принцип действия таких коллекторов прост и припоминает работу установки центрального отопления. Это закрытая система, в которой, через верхнюю часть коллектора и змеевик протекает, незамерзающая жидкость. Эта жидкость забирает тепло из медных наконечников, а затем горячая жидкость перекачивается через змеевик бака-аккумулятора и нагревает воду в баке. Цикл передачи тепла из коллектора к аккумулятору длится до тех пор, пока длится день (и температура на выходе коллектора выше температуры в баке на уровне теплообменника). Работу насоса контролирует электронный контроллер. Датчики контроллера находятся в коллекторе и в баке-аккумуляторе. Они измеряют температуру в системе. Кроме того, расширительный бак предохраняет систему от слишком высокого давления, возникающего при возрастании температуры и не использовании воды потребителями.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию