Принцип работы вакуумного солнечного коллектора с трубками

Недостатки

Германии

  • вакуумные системы не способны транспортировать сточные воды на очень большие расстояния, но может перекачивать большие расстояния от вакуумного стат иона к следующей станции очистки сточных вод или основной самотечной канализации.
  • вакуумные канализационные системы предназначены только для сбора сточных вод в отдельной системе (не для сбора ливневой воды)
  • линии может достигать 3–4 км при укладке на ровной поверхности (ограничения системы из-за потери напора (3-4,5 м) (трение и статика))
  • системы должны быть спроектированы с помощью опытного производителя ( концепции обычно бесплатны)
  • требуется внешняя энергия на центральной вакуумной станции; аварийный источник питания, такой как резервный генератор, необходим для отключения электроэнергии.
  • могут возникать запахи вблизи вакуумной станции, может потребоваться биофильтр
  • целостность соединений труб имеет первостепенное значение
  • смазка может засорить сенсорную трубку (если она настроена неправильно), что требует профилактической очистки.
  • вакуумные клапаны могут застрять в открытом состоянии, что приведет к падению давления во всей системе. Тем не менее, система мониторинга может помочь незамедлительно определить застрявшие открытые клапаны

Достоинства и недостатки

Главными достоинствами считаются:

  • Низкая парусность и высокая надежность. Практически все детали и элементы солнечных коллекторов, которые контактируют с теплоносителями, выполняются из меди высокого качества. Ударопрочное стекло трубок позволяет противостоять ударам крупного града. Солнечные нагреватели такого типа распространены в регионах с непостоянным и суровым климатом. При необходимости замены одной из трубок не придется полностью останавливать и сливать всю систему. При сильном ветре и ураганах, они способны выдерживать колоссальные нагрузки, а за счет низкой парусности, их не сорвет порывом ветра.
  • Простота транспортировки и монтажа. При перевозке коллектора не придется переживать за его сохранность, т.к. трубки имеют малый вес и собираются в единую конструкцию только на месте установки. Такой вид транспортировки позволяет максимально быстро доставить коллектор без повреждений. Трубки оборачиваются материалом, сохраняющим их в целости и сохранности на протяжении всей перевозки.
  • Высокая эффективность. Начиная с раннего утра при первых солнечных лучах, коллектор начинает собирать энергию, что позволяет пользоваться теплом и горячей водой в любое время суток (за ночь остывать практически не успевает).
  • Коллектор препятствует образованию в устройстве микробов. Это обусловлено обеспечением высоких температур, при которых размножение бактерий становится невозможным.
  • Работоспособность в зимнее время. Несмотря на морозы до -35°С, коллектор прекрасно справляется со своими обязанностями. Благодаря цилиндрической форме трубок солнечная энергия преобразовывается в тепловую максимально быстро, поэтому данный вид коллектора является наиболее производительным в любое время года.
  • Низкие показатели теплопотери. Вакуум – это лучший теплоизолятор, который позволяет максимально долго сохранять тепло. Благодаря этому КПД будет высоким даже в пасмурную погоду. Информация о том, что в пасмурную погоду коллектор неэффективен – это миф. Солнечная энергия способна проникать сквозь тучи, а трубки коллектора обладают свойством их принимать.
  • Прекрасное соотношение низкой цены и высокого качества. За сет простоты устройства, коллекторы имеют довольно низкую себестоимость, что позволяет каждому его приобрести.

Минусов на настоящий момент не выявлено. Все, что говорят и пишут негативного о данном виде коллекторов, является неправдой.

Коллектор из Норвегии

В Норвегии разработан новый солнечный коллектор из строительных пластмасс, в основе которого лежит принцип объединения занимаемой солнечной поверхности системы с внутренней системой горячей воды. Большое число установленных систем как в односемейных домах, так и в больших зданиях доказало осуществимость и экономическую благоприятность концепции.

Система включает в себя солнечную крышу/фасад, тепловой резервуар без давления и этажную систему нагрева, действующую при минимальной температуре, установленные все вместе без теплообменников. Настоящая солнечная система является системой обратной утечки. Единственный контроллер регулирует внутреннюю температуру, управляет солнечным насосом и обслуживает вспомогательный источник тепла.

Коллектор состоит из модульного строительного элемента для крыш и фасадов, базируемого на ширине 60 см, и различных стандартных длинах от 175 см до 520 см. Алюминиевые контуры, обрамляющие модули, обеспечивают легкость монтажа.

Двойной трубопровод, размещенный внизу области коллектора, позволяет быструю, легкую сборку. Коллектор доступен также в версии для горизонтального водного потока. Коллектор был разработан в сотрудничестве между SolarNor AS и General Electric Plastics. Специальный пластический материал, NORYL(r) PX507, обеспеченный General Electric Plastics в качестве части совместного проекта EUREKA, предлагает необходимую долговечность в отношении высокой температуры и влажных условий. Канальная структура двустенного листа заполнена керамическими гранулами. Гранулы вызывают капиллярный эффект, когда вода следует через канал, приводя к удалению воздуха, который присутствует в коллекторе во время бездействия солнечной системы, и обеспечивая желаемую передачу тепла

Операционное давление — ниже атмосферного, что является особенностью, весьма важной с экономической точки зрения. Количество высококачественных, дорогих пластмасс может быть существенно снижено (поскольку механическое напряжение минимизировано), приводя к общей стоимости коллектора порядка 650 норвежских крон за квадратный метр

Коллектор заменяет другие строительные материалы аналогичной стоимости. Эскиз коллектора (см. рисунок) показывает различные элементы коллекторного модуля. Верхний слой образует двустенный поликарбонатный лист (LEXAN(r) Thermoclear) толщиной 6 мм, который может заменяться укрепленным стеклом. Между внешним листом и поглотителем есть воздушный промежуток толщиной 12 мм. Листы свободны расширяться в алюминиевой раме с каждой стороны. Коллектор размещается на кровати из минерального волокна и прикрепляется винтами к деревянным полосам. Вся область коллектора обрамляется штампованными алюминиевыми контурами, снабженными специальными резиновыми креплениями. Зазоры между модулями коллектора также закрываются резиновыми полосами. Эффективность солнечного коллектора изучалась различными исследовательскими институтами во время разработки концепции. Основное ограничение в проекте коллектора связано с необходимостью избегать температур в состоянии бездействия при максимальной лучевой интенсивности, превышающей 147°С, из-за свойств пластмасс. В дополнение к коллектору система SolarNor включает также тепловой резервуар, этажную систему нагрева и контроллер. Контроллер является центральным звеном в проекте системы.

Эта концепция, объединяющая солнечное пространство с нагревом домашней горячей воды, превосходно исполнена в большом количестве установок в односемейных домах и в больших зданиях. Благодаря интеграции системы в здание, а также множеству упрощений по сравнению с обычными нагревательными системами стоимость значительно понижается, делая использование солнечной энергии конкурентоспособным. В типичном применении полная стоимость системы, включая монтаж, будет варьироваться в диапазоне от 1000 до 1500 норвежских крон за квадратный метр.

Солнечные коллекторы

Гелиоустановки, т.е. устройства для получения энергии от Солнца, можно разделить на солнечные батареи, вырабатывающие электричество, и коллекторы, используемые для нагрева воды. Несмотря на все конструкторские ухищрения, КПД солнечной батареи до сих пор остается не слишком высоким. Вероятно, в дальнейшем ситуация изменится, но пока к ним прибегают крайне редко. А вот с помощью солнечного коллектора вполне реально собрать довольно ощутимое количество тепла, причем практически бесплатно.

Солнечный коллектор Buderus, установленный на крыше дома

Плоский, или плоскопанельный коллектор  представляет собой короб, накрытый стеклом. Внутри размещается змеевик — изогнутая медная трубка, к которой приварены пластины — абсорберы. Возможно и более сложное строение в виде параллельно расположенных трубок. Это делается для уменьшения сопротивления, возникающего при прохождении теплоносителя. Солнце нагревает пластины, те передают тепло трубке, а она в свою очередь — циркулирующей в ней жидкости. Конструкция проста, но часть энергии неизбежно рассеется в окружающий воздух за счет конвекции. Для сбора максимальною количества энергии требуется обеспечить как можно большее поглощение тепла на пластинах абсорбера и уменьшить тепловые потери в самой панели. Общеизвестно, что лучше всего поглощают тепло черные тела, но использование обычной краски не дает хороших результатов.

Солнечный коллектор Bosch

Солнечный коллектор Bosch

Оптимизация солнечной системы Bosch при приготовлении горячей воды и для отопления.

Солнечный коллектор Vaillant auroStep plus на крыше дома

Полностью избавиться от конвекционных потерь в плоском коллекторе не удастся. Как ни крути, абсорбер будет отдавать часть энергии «на улицу», в воздух. В большинстве случаев с этим приходится смириться, хотя производители и предпринимают различные ухищрения с целью минимизации потерь. В современных моделях корпус тщательно герметизируют. Это препятствует попаданию внутрь пыли и влаги, увеличивает коррозионную стойкость элементов и препятствует образованию конденсата на внутренней поверхности стекла. Конденсат, в соответствии с законами физики, выпадает по утрам и препятствует прохождению солнечных лучей. Днем-то он, конечно, испарится, но до этого панель будет работать не в полную силу.

Плоский солнечный коллектор Bosch

Иногда корпус заполняют инертным аргоном. Теплопроводность аргона ниже, значит, потери еще снижаются. Конвективные потери неизбежно возрастают при уменьшении температуры окружающего воздуха. При отрицательных температурах эффективность плоских коллекторов невелика: солнца обычно и так немного, а большая часть собранного на абсорбере тепла уйдет впустую, в воздух. Способ избавиться от таких потерь прост — надо удалить воздух.

Типы гелиосистем

Выделяют два основных типа гелиосистем: сезонные, всесезонные или круглогодичные.

Вакуумные солнечные батареи, сконструированные на базе технологии прямой теплопередачи, относятся к сезонным системам. Принцип действия таких систем достаточно прост: вода из бака поступает в соединенные медные трубки, где нагревается и затем возвращается в контур.

Тепло в таком типе солнечных батарей передается воде без использования в работе дополнительных элементов и блоков. При этом требуется большой объем воды в контуре теплообменника (от 60 до 200 л). Основными преимуществами сезонных систем являются низкая стоимость при высоком КПД, составляющий до 98%. Это конечно при условии использования и покупки селективного покрытия для солнечных коллекторов .

К круглогодичным системам относят вакуумные солнечные батареи, в которых дополнительно установлены термотрубки. Принцип работы таких коллекторов схож с работой установок центрального отопления. Через коллектор и змеевик протекает специальная жидкость («незамерзайка»). Эта жидкость предназначена для забора тепла из медных трубок. Далее она поступает в бак, аккумулирующий тепло для непосредственного нагрева воды через змеевик. Процесс протекает до тех пор, пока значения температуры бака и теплового приемника не сравняются. Насос контролируется электроникой, датчики температуры при этом устанавливаются как в коллекторе, так и в баке-аккумуляторе. Давление в системе может быть выше требуемых значений при недостатке потребления воды. Расширительный бак также позволяет избежать подобных ситуаций.

Области применения гелиосистем многогранны и включают: обеспечение жилых помещений, социальных и культурных объектов горячим водоснабжением и отоплением. При этом экономия ресурсов достигает 50%. Используются в сочетании с «теплыми полами». Если вам требуется обеспечить ваш дом теплом, то вы можете купить вакуумный солнечный коллектор, либо сделать его своими руками. Стоимость вакуумных коллекторов для отопления дома достаточна высока, но продуктивность и энергоемкость таких систем компенсирует материальные издержки. При этом следует учитывать, что надежность коллектора, собранного и установленного профессионалами выше, чем у самодельного.

Выгодно ли использовать солнечный коллектор

Нельзя сказать однозначно — выгодно ли использовать солнечный коллектор. Все зависит от климатических особенностей региона, количества солнечной радиации, типа устройства. На юге, где среднетемпературная норма выше, нежели в других областях страны, плоская гелиосистема способна полностью обеспечить потребности в ГВС, а вакуумная покроет 50 % затрат на отопление.

Преимущества коллекторов:

  • возможность сэкономить на расходах на газ и электричество;
  • легкость монтажа;
  • долгий срок службы (от 15 лет).

Недостатки оборудования:

  • зависимость от количества солнца;
  • вероятность повреждения системы от перегрева.

Гелиоколлектор стоит дорого, а период окупаемости в ряде регионов может быть долгим.

Цена бытовой гелиосистемы

Цена солнечных коллекторов зависит от типа оборудования, а также его производителя. Самые недорогие — плоские нагреватели. Стоимость коллектора, необходимого для нагрева бассейна или душа в летние месяцы, начинается от 50000 рублей.

Максимально повысить эффективность работы концентрационного коллектора помогает устройство, предназначенное для слежения за солнечной активностью. Правда, это еще больше повышает стоимость системы, но когда дело касается огромных энергетических затрат, такое вложение оправдано.

Бесплатное тепло зимой: миф или реальность?

Вакуумные солнечные системы, обладающие наиболее высоким КПД, позволяют пользоваться горячей водой и теплом круглогодично, не тратя на это семейный бюджет. В холодное время года, если мощности установки недостаточно для полного обеспечения потребности в горячей воде, на помощь такой системе приходит возможность подогревать воду в баках ТЭНами. Однако и в таком случае использование гелиосистемы дает существенную экономию средств. Приобретение качественной установки – отличная инвестиция в собственное будущее. Главное – правильно рассчитать мощность и учитывать особенности при монтаже системы, зная, как работает солнечный коллектор зимой. Установки других типов (к примеру, достаточно распространенные плоские панели), являясь более бюджетными вариантами, не обеспечивают нормальную подачу тепла в холодное время. Особенно обманчиво использование самодельного солнечного коллектора зимой. Его мощности недостаточно для работы в пасмурные дни, не говоря уже об отрицательных температурах. Отсутствие вакуума (в отличие от качественных заводских установок) вызывает значительные теплопотери, снижая эффективность работы такого устройства зимой. При отрицательной температуре вода, используемая в качестве теплоносителя, в самодельных коллекторах замерзает, делая дальнейшее использование установки невозможным. Солнечный коллектор зимой, созданный своими руками, обеспечивает невысокую эффективность и в случае, когда вместо воды используется антифриз. Изучить поведение такой установки в течение определенного времени можно, исследуя солнечный коллектор на видео зимой. Такой инструмент позволяет точно понять, как быстро с гелиосистемы сходит снег, посчитать количество дней в сезон, когда работа коллектора практически невозможна из-за осадков, что в сочетании с исследованием колебания температуры позволит оценить эффективность и возможность использования в холодную пору. Таким образом, эксплуатация гелиоустановки зимой позволяет снизить нагрузку на отопительную систему, уменьшить расход газа, электричества и других источников энергии, дает возможность обогревать помещение и пользоваться горячей водой без значительных затрат на оплату коммунальных платежей. Солнечный коллектор зимой – экономное и экологичное средство отопления!

Устройство и виды

Условно данные системы можно классифицировать на два вида:

  • жидкостные (о которых мы говорим в данном материале);
  • воздушные солнечные коллекторы, в которых используется не жидкость, а нагретый воздух.

Также они разделяются по КПД, ведь обеспечивают различную теплоотдачу. Это зависит от материалов, используемых для изготовления батареи, ее площади. Оптимальным местом расположения абсорбера является крыша:

  • попадает максимальное количество солнечного света,
  • имеет большую площадь,
  • установленная на крыше батарея не занимает полезное пространство, никому не мешает.

Воздушный солнечный коллектор

Конструкция солнечного коллектора может быть нескольких видов, основные:

  • вакуумный отопительный коллектор, имеющий самую сложную конструкцию. Вакуумные солнечные коллекторы отлично подходят для обогрева помещений, нагрева воды в любое время года, они полностью обеспечат небольшой дом, коттедж;
  • плоский солнечный коллектор может быть жидкостным и вакуумным. Это наиболее распространенный тип поскольку достаточно прост в монтаже, при этом эффективен, может обеспечивать дом необходимым количеством тепла для обогрева помещений, водой для хозяйственных нужд;
  • термосифонный — в качестве абсорбера используются стеклянные или металлические трубки;
  • трубчатый — самый простой тип, изготовить который можно для дачи, достаточно примитивный, не подходит для использования в зимнее время.

Нас интересует конструкция, которая обеспечивает наличие горячей воды и отопления в доме в любое время года, остановимся на двух оптимальных вариантах, рассмотрим устройство вакуумного солнечного коллектора и плоского.

Плоский коллектор

Это наиболее распространенный вид коллектора, который можно изготовить самостоятельно. Хорошо подходит для использования в теплое время года для подогрева воды, зимой коэффициент полезного действия снижается.

Особенность конструкции состоит в следующем:

  • корпус имеет плоскую прямоугольную или квадратную форму, выполнен из металла или другого материала, имеющего высокий показатель теплопроводности, покрыт черной краской;
  • внутри располагают пластину, в которой уложен змеевик из медной трубки небольшого сечения;
  • по трубкам циркулирует теплоноситель: вода, пропилен-гликоль, антифриз, другие подходящие жидкости;
  • также внутри корпуса укладывают теплоизоляционный материал, который минимизирует потери тепла;
  • собирая коллектор такого типа, нужно запастись листом поликарбоната или стекла, который будет служить крышкой и выполнять две функции: препятствовать проникновению мусора, осадков, усиливать подогрев.

Составная часть плоского солнечного коллектора

Вакуумный коллектор

Для водяного отопления можно использовать солнечные коллекторы вакуумного типа. Благодаря конструкционным особенностям они являются более мощными: способны вырабатывать тепловую энергию, которой хватит на подогрев воды и отопление помещений.

Особенности конструкции:

  • минимизировать потери позволяют трубки, которые помещаются в колбах с выкачанным воздухом;
  • сверху трубки покрыты абсорбционным материалом, поглощающим световую энергию, внутри — наполнены антифризом (хладагентом);
  • концы трубок соединены с трубой, по которой проходит теплоноситель;
  • при нагреве антифриз закипает, преобразуется в пар, который, в свою очередь, поднимается вверх и нагревает теплоноситель;
  • у данной конструкции есть недостаток: если хоть одна трубка выйдет из строя, ремонт становится довольно проблематичным, так как они соединены последовательно. Придется производить замену всех «внутренностей».

Воздушная солнечная система из вакуумных трубок

Такой воздушный солнечный коллектор для отопления будет более эффективен и пригоден для того, чтобы поддерживать температуру в системе в любой сезон. Хотя в холодное время КПД работающего коллектора может незначительно снижаться из-за короткого светового дня и малой световой активности.

Совет по уходу! Обратите внимание на внутреннюю поверхность накопительного бака для воды, она со временем покрывается накипью, нужна очистка. Периодичность зависит от качества воды в местности

Немного об окупаемости

Если сравнивать стоимость подключения к газопроводу и установки коллекторов – они вполне соизмеримы. Но газ это расходная статья бюджета, тогда как на работу вакуумного коллектора требуется минимум электроэнергии, да и то, только на прокачку теплоносителя. Практика показывает, что для отопления дома зимой вакуумный солнечный коллектор гораздо выгоднее других источников тепла.

Еще один момент который касается окупаемости – срок службы оборудования. В отопительной системе, основанной на трубчатых солнечных коллекторах, нет сложных деталей или частей, которые подвержены износу. При периодической профилактике такая система прослужит десятки лет.

Достоинства и недостатки

Главными достоинствами считаются:

  1. Низкая парусность и высокая надежность. Практически все детали и элементы солнечных коллекторов, которые контактируют с теплоносителями, выполняются из меди высокого качества. Ударопрочное стекло трубок позволяет противостоять ударам крупного града. Солнечные нагреватели такого типа распространены в регионах с непостоянным и суровым климатом. При необходимости замены одной из трубок не придется полностью останавливать и сливать всю систему. При сильном ветре и ураганах, они способны выдерживать колоссальные нагрузки, а за счет низкой парусности, их не сорвет порывом ветра.
  2. Простота транспортировки и монтажа. При перевозке коллектора не придется переживать за его сохранность, т.к. трубки имеют малый вес и собираются в единую конструкцию только на месте установки. Такой вид транспортировки позволяет максимально быстро доставить коллектор без повреждений. Трубки оборачиваются материалом, сохраняющим их в целости и сохранности на протяжении всей перевозки.
  3. Высокая эффективность. Начиная с раннего утра при первых солнечных лучах, коллектор начинает собирать энергию, что позволяет пользоваться теплом и горячей водой в любое время суток (за ночь остывать практически не успевает).
  4. Коллектор препятствует образованию в устройстве микробов. Это обусловлено обеспечением высоких температур, при которых размножение бактерий становится невозможным.
  5. Работоспособность в зимнее время. Несмотря на морозы до -35°С, коллектор прекрасно справляется со своими обязанностями. Благодаря цилиндрической форме трубок солнечная энергия преобразовывается в тепловую максимально быстро, поэтому данный вид коллектора является наиболее производительным в любое время года.
  6. Низкие показатели теплопотери. Вакуум – это лучший теплоизолятор, который позволяет максимально долго сохранять тепло. Благодаря этому КПД будет высоким даже в пасмурную погоду. Информация о том, что в пасмурную погоду коллектор неэффективен – это миф. Солнечная энергия способна проникать сквозь тучи, а трубки коллектора обладают свойством их принимать.
  7. Прекрасное соотношение низкой цены и высокого качества. За сет простоты устройства, коллекторы имеют довольно низкую себестоимость, что позволяет каждому его приобрести.

Минусов на настоящий момент не выявлено. Все, что говорят и пишут негативного о данном виде коллекторов, является неправдой.

Типы вакуумных солнечных коллекторов

Самые популярные и востребованные типы делятся по виду конструкции коллектора.

Они бывают:

  1. Вакуумная колба с тепловой трубкой. Они сложны в эксплуатации и изготовлении, т.к. в данном виде конструкции теплоизоляция вакуумного типа обеспечивается по всей колбе. Данные устройства обеспечивают наибольший КПД. Абсорбером тут является пластина, которая покрыта селективным всепоглощающим покрытием. Тепловая трубка надежно крепится к пластине и подает энергию в конденсатор (верхняя часть трубки). В свою очередь конденсатор подключается к теплообменнику коллектора. Тут и происходит нагрев теплоносителя.
  2. «Колоба в колбе» с трубкой тепловой. Эта конструкция немного проще предыдущей и отличается меньшей производительностью при пониженных температурах. Абсорбирующая поверхность расположена на внутренней трубке. На тепловую трубку, изготовленную из меди, тепло передается через металлические ребра. Тепловая трубка – это наиболее эффективное устройств, предназначенное для передачи тепла.
  3. «Колба в колбе». Этот вид устройства вакуумного коллектора дает возможность достигать наивысшей степени теплоизоляции покрытия (поглощающего), не мешая при этом проникновению солнечных лучей. Как и в предыдущем типе, покрытие для поглощения энергии расположено на внутренней колбе. Теплоноситель, который контактирует с поглощающей поверхностью, может нагреваться без промежуточных преобразований.
Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector