Принцип работы вакуумного солнечного коллектора с трубками

Принцип работы вакуумной трубки типа СКЕ.

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

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

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

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

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

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

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

Отопление частного дома солнечными вакуумными коллекторами имеет несколько недостатков:

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

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

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

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

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

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.

Важно!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%.

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).

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.

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.

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.

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.

Ключевым моментом работы солнечной системы является стеклянная вакуумная трубка. Каждая вакуумная трубка состоит из двух стеклянных колб.

Внешняя колба выполнена из чрезвычайно крепкого боросиликатного стекла которое выдерживает удары града который падает со скоростью 18 м/с и имеет до 35 мм диаметре.

Внутренняя колба также выполнена из боросиликатного стекла и покрытая специальным трехуровневым покрытием с постепенным изменением поглощающих слоев ALN/AIN-SS/CU. За счет применения новых технологий достигается высокий коэффициент поглощения и низкая отбивающая способность, что позволяет достичь 380°С в середине трубки при прямом солнце, без вреда самому изделию.

Между двумя стеклянными колбами выкачивается воздух, чтобы создать вакуум, который препятствует обратной теплопроводности и конвекционным потерям тепла. В середине стеклянной колбы расположена герметическая тепловая трубка (HEAT PIPE), изготовленная из чистой красной меди в середине которой находится легкокипящая и испаряющаяся жидкость, которая выполняет функцию передачи тепла теплоносителю. Ниже на рисунке показан принцип работы вакуумной трубки.

Основная интенсивность солнечного излучения в наземных условиях находится в спектральном интервале 0.28 мкм – 3 мкм. Боросиликатное стекло пропускает волны солнечной радиации в диапазоне 0,4 мкм — 2,7 мкм. Проникая сквозь внешнюю прозрачную колбу, энергия задерживается на второй колбе, на которую нанесен высокоселективный непрозрачный слой абсорбера.

В результате поглощения света абсорбером и последующего его излучения длина волны увеличивается до 11 мкм. Стекло является непроницаемым барьером для электромагнитной волны такой длины. Солнечная энергия, попадая на абсорбер, находится в ловушке. Поглощая солнечное излучение, абсорбер даже без внешней колбы может нагреться до температуру 80°С.

Нагретый до такой температуры абсорбер излучает тепловую энергию, которая, проникая сквозь тело второй колбы, передается на HEAT PIPE. За счет возникновения парникового эффекта, который базируется на накопленные энергии под стеклом, в середине второй колбы температура поднимается до 180°С. Это тепло нагревает легкокипящую и испаряющуюся жидкость, которая при 25°С — 30°С, превращаясь в пар, поднимаясь, переносит тепло в рабочую часть HEAT PIPE, где и происходит теплообмен с теплоносителем. Отдача тепла вынуждает пар конденсироваться и течь в нижнюю часть HEAT PIPE, и цикл повторяется опять.

Высокий коэффициент передачи тепла легко кипящей и испаряющейся жидкостью, незначительное её количество и относительно не большие размеры HEAT PIPE дают эффективную термическую теплопроводность. HEAT PIPE работает как термический диод. Теплопроводность очень высока в одном направлении (вверх) и низкая в обратном (вниз).

Для того, чтобы поддерживать вакуум между двумя стеклянными колбами на нижнюю внутреннюю часть колбы наносят слой бария. Он активно поглощает CO, CO, N, O, HO и H во время хранения и работы трубки. Слой бария также обеспечивает явное визуальное указание вакуумного статуса. Белый цвет означает, что нарушены условия вакуума.

Высокая тепловая эффективность. благодаря современным методам передачи тепла, высококачественное поглощающее покрытие.

Широкий спектр работы: благодаря малой тепловой емкости она способна работать при высокой облачности (в инфракрасном диапазоне лучей которые проходят сквозь тучи).

Каждая трубка работает не зависимо одна от другой. Так как антифриз не затекает в середину трубки, а его доступ ограничивается теплообменником, то в случае физического повреждения коллектор продолжает работать.

Обзор моделей

«Дачник»

Эта модель стоит около 18500 руб. Этот коллектор способен нагревать воду до 95 градусов и прекрасно подходит для дачных домиков. Имеет гарантию от производителя 12 месяцев. Этого времени достаточно, чтобы убедиться в его надежности.

Данная модель обладает следующими техническими характеристиками:

1. Бак объёмом 100 литров изготовлен из высококачественной нержавеющей стали.
2. Вакуумная трубка имеет длину 150 см.
3. Диаметр трубки (внешний) 4,8 см.
4. Максимально возможное давление в трубке 0,6 Мп.
5. Конструкция устойчива к граду до 0,5 см.
6. Трубки изготавливаются из боросиликатного стекла, обладающего поглощающим эффектом.
7. Общий вес коллектора составляет 45 кг.

Комплектация:

• набор пыльников (уплотнительных) – 1 шт.;
• трубки вакуумные – 16 штук;
• станина и комплект болтов – 1 шт.;
• расширительный бак – 1 шт.;
• бак-термос на 100 л. – 1 шт.;

В комплект входят:

• бак водяной объемом 175 л., внутренний контур выполнен из нержавеющей стали, а наружный из гальванизированной окрашенной стали;
• трубки вакуумные – 20 шт.;
• TNC-2 (контроллер).;

Теплоизоляция бака выполнена из полиуретана (50 мм.). Диаметр внутренний 36 см., внешний 46 см., рама из стали толщиной 1,5 мм., имеющая гальваническое покрытие. Чистый вес установки 86 кг.

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, например:

• 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.

https://www.youtube.com/watch?v=

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

Преимущества 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.

Солнечные вакуумные коллекторы имеют меньшие теплопотери, по сравнению с плоскими. Применение вакуумных нанотехнологий в производстве коллекторов позволило добиться высокой эффективности и надежности гелиосистем.

Рассмотрим главные плюсы использования вакуумных коллекторов:

1. Производительность. В трубках коллектора имеется вакуум – идеальный теплоизолятор, что позволяет поддерживать оптимальный уровень тепла даже в осенне-зимний период. За счет сохранения КПД на высоком уровне, производительность вакуумного коллектора на 40% превышает производительность плоского коллектора.
2. Надежность. Срок службы эксплуатации вакуумных коллекторов около 30 лет. Их долговечность и бесперебойность работы обязаны современным прочным материалам. В состав вакуумных трубок входит высококачественная медь. Внешний корпус трубок отлит из боросиликатного стекала, которое способно выдерживать высокие нагрузки. Применение вакуумных коллекторов особенно актуально для климатических зон, где шквалы, ураганы, град – не редкость.
3. Эффективность использования солнечной энергии. Цилиндрическая форма абсорбера вакуумного коллектора улавливает и удерживает даже рассеянную солнечную энергию, которую не способен преобразовать плоский корректор. С одного квадратного метра абсорбера вакуумной гелиосистемы можно удержать солнечной энергии на 40% больше, чем с аналогичной площади солнечной установки плоского типа. Закругленность трубок позволяет получать до 97% солнечной энергии с раннего утра и до позднего вечера.
4. Удобство в эксплуатации. В случае повреждения вакуумной трубки, ее замена происходит без остановки работы системы (не требуется слив циркулирующей жидкости). При недостатке тепла можно добавить несколько трубок, а при его избытке – временно снять. После чистки вакуумного коллектора от снега или оледенения, он быстро приходит в рабочее состояние. Поверхность коллектора обладает низкой тепловой инерцией, за счет тонкого стеклянного покрытия.
5. Дезинфекция воды. Температура нагрева воды при работе гелиосистемы достигает высоких показателей, что обеспечивает ее обеззараживание и предотвращает размножение патогенных организмов.
6. Легкость монтажа. При установке вакуумных коллекторов особых трудностей не возникает, главное, чего надо придерживаться – расположить коллектор под углом, чтоб дать возможность жидкости, внутри трубок, стекать вниз.

Недостатки солнечного отопления сводятся к крайне низкой эффективности при низких температурах и в ночное время, тем самым стоит вопрос о том, что эта система отопления не может быть единственной в доме. Так же вакуумные солнечные коллекторы стоят дороже плоских.

Солнечные установки вакуумного типа приобретают всю большую популярность среди населения и крупных компаний. Если раньше многих отпугивала цена вопроса, то сегодня стоимость оборудования несколько снизилась, а функциональные возможности – улучшились и модифицировались.

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.

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.

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.

Принцип работы вакуумных трубок

Лучшая эффективность работы зимой благодаря вакууму. Трубка выдерживает морозы в -50°С.

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

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.

Солнечным коллектором называется тепловой преобразователь солнечной энергии, обеспечивающий сбор излучения (солнечного) независимо от температуры воздуха. Монтаж осуществляется под углом в 5-90°, что дает возможность установить его так, чтобы рабочая поверхность максимально была направлена на получение энергии.

Вся установка в основном состоит из:

1. Коллектор солнечный, через систему которого циркулирует жидкость. Она нагревается при помощи солнечной энергии и отдает уже тепловую энергию через теплообменник (он монтируется в бак-аккумулятор).
2. Контур теплообменный.
3. Бак с водой носит название аккумулятор тепла. В нем вода хранится до момента необходимости ее использования (при условии, что данная система применяется именно для горячего водоснабжения).

Энергию солнца притягивает к себе система вакуумных трубок. Эта конструкция напоминает устройством термос: в трубки (выполненные из ударопрочного стекла, выдерживающего воздействия окружающей среды) вставляются трубки меньшей длины и диаметра. Между них обеспечено вакуумное пространство, которое является лучшей теплоизоляцией.

Внутренние трубки покрываются специализированным селективным слоем, максимально поглощающим солнечную энергию. В середине данной конструкции располагается запаянная медная трубка, содержащая некоторый объем жидкости (легкокипящей). Эта жидкость служит самим нагревательным элементом коллектора.

Классические гелиосистемы используют принцип преобразования тепла в электричество (солнечные батареи). Вакуумные солнечные коллекторы работают как обычные водонагреватели.

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

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

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

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

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

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

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

Солнечный коллектор на вакуумных трубках работает следующим образом:

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

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

Система водоснабжения работает:

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

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

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

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

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

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

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

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

Для зимы используется всесезонная гелиосистема с косвенной теплопередачей. Интенсивность солнечного излучения снижается в течении зимы. Для отопления дома зимой одних только коллекторов будет недостаточно. Гелиосистемы используют исключительно в качестве дополнительного источника тепла, подключая их через буферную емкость к системе отопления. При условии правильных расчетов вакуумные гелиоколлекторы способны компенсировать до 53% всех теплозатрат здания.

Типы вакуумных солнечных коллекторов

1. Коаксиальная модель вакуумного солнечного коллектора для отопления дома представляет собой двойную колбу из стекла, в полости которой откачан воздух. На поверхность нанесено абсорбирующее покрытие, поэтому передача энергии происходит от самой трубки.

2. Перьевая конструкция является одностенной, пустота здесь расположена в пространстве теплового канала, часть которого вместе с накопителем интегрирована в колбу.

4. В системах с принудительной циркуляцией установлен маломощный насос, способствующий движению носителя. При этом потребляемая мощность значительно меньше получаемой энергии для обогрева частного дома.

5. Также существует различие по числу контуров. В самых простых коллекторах вода для отопления нагревается и расходуется из бака-накопителя.

6. Более сложные состоят из вакуумной трубки и элементов отбора жидкости. В устройстве находится незамерзающий и нетоксичный носитель с антикоррозийными и противопенными добавками. Такой метод надежно защищает оборудование от солей и накипи и способствует более долгой эксплуатации при отоплении.

Обзор моделей и их характеристики

Сантехники: Вы будете платить за воду до 50% МЕНЬШЕ, с этой насадкой на кран

Коллекторы Дача и Универсал – наиболее известные приборы отечественного производителя. SCH-18 обладает высоким КПД с температурой в конденсате до 250°C. Колбы сделаны из красной меди, теплоноситель – жидкий. Отсутствие воды в вакууме обеспечивает устойчивость к промерзанию. Прочный корпус хорошо противостоит ветру. Трубопровод защищен манифольдом с полиуретаном. Резиновые противопылевые уплотнители не допускают попадания пыли и осадков.

Эффективно работают при температуре до -35°C, тип функционала – напорная система для отопления. Имеется контролер по управлению нагревателем, размер трубок – 1800 мм, объем бака – 135-300л, мощность ТЭНа – 1.5-2 кВт. Коллекторы изготовлены в соответствии с международными сертификациями, что обеспечивает их безопасность и надежность.

Ознакомимся подробнее с каждым из них.

Трубка коаксиальная

Это своего рода термос, который состоит из двойной колбы. Наружная колба покрывается специальным веществом, поглощающим тепло. Между двумя трубками создается вакуум. Это позволило добиться того, что тепло при работе передается непосредственно от стеклянных колб.

Внутри каждой трубки находится еще одна – медная (ее заполняют эфирной жидкостью). При повышении температуры эта жидкость испаряется, передает накопленное тепло и стекает обратно в виде конденсата. Далее цикл повторяется снова и снова.

Трубка перьевая

Такого рода трубки состоят из одностенной колбы. К слову, по толщине стенок они существенно превышают коаксиальные аналоги. Медная трубка усиливается специальной гофрированной пластиной, обработанной влагопоглощающим веществом. Выходит, что воздух в данном случае выкачивается из всего теплового канала.

Теплообмен в вакуумном солнечном коллекторе типа “Heat Pipe”

Другое их название – тепловые трубы. Они работают следующим образом: эфирная жидкость в закрытых трубах при повышении температуры поднимается вверх по каналу, после чего конденсируется там в специально оборудованном теплосборнике. В последнем жидкость передает тепловую энергию и опускается вниз по трубке. Из теплосборника тепло передается дальше в систему при помощи циркулирующего теплоносителя.

Коаксиальная вакуумная трубка heat-pipe с 2-трубным manifold’ом

Характерно, что металлические трубки здесь могут быть не только медными, но и алюминиевыми.

Прямоточные каналы

В каждом из таких каналов в стеклянной трубке находятся сразу два металлических патрубка. По одному из них жидкость попадает в колбу, нагревается там и выходит по второму.

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.

Критерии выбора коллектора

1. Для плоской крыши подходит трубчатая гелиосистема. При большой парусности она будет держаться прочно и устойчиво.

2. Изучая технические характеристики, нужно учесть количество трубок, их тип, размеры, площадь оборудования.

Также важно знать объем жидкости, габариты прибора, поверхность абсорбера, качество стекла колб и толщину изолятора

4. Для расчета реальной производительности необходимо выяснить площадь отопления, количество теплопотерь, особенности климата, потребление горячей воды в сутки.

5. При приобретении коллектора также нужно учитывать дополнительные расходы на установку комплектующих: бака, аккумулятора и обменника.

Мнения пользователей

«В целях экономии пришлось обратить внимание на солнечные коллекторы для применения в частном пансионате. В сезон расход горячей воды довольно большой, понадобилось выбирать альтернативный способ подачи ГВС и обогрева

Китайский производитель Shentai предлагает купить технику по приемлемой цене, поэтому я остановился на их продукции, тем более, что отзывы, в основном, положительные. Согласно расчетам, мне рекомендовали необходимую мощность, доставили и монтировали все оборудование быстро. По сравнению с затратами на бойлер в каждом номере экономия получилась колоссальная. Недостатков и проблем в работе не наблюдалось».

Евгений Гончар, Краснодар.

«Сейчас все люди стараются перейти на более выгодный источник отопления. Доверившись отзывам, мы также заказали коллектор фирмы Paradigma для своего коттеджа. Сначала использовали, как запасной вариант, через год убедились в эффективности и полностью перешли на обеспечение дома гелиосистемой. Переживали, что трубки могут повредиться от непогоды или ветра, но они прочные, не боятся даже урагана.

Ангелина, Москва.

«Поставили коллектор от компании Анди Групп марки SCH-18, так как отзывы о фирме хорошие. Я не очень разбираюсь в технических особенностях, выбирал устройство муж. Но мне нравится, что оно проработало всего сезон, а экономия уже ощущается. Правда, в этом году было много солнца, поэтому накопление энергии практически не прерывалось.

Марина, Ростов-на-Дону.

«Я работаю в частном детском саду. Владелец два года назад установил на крыше гелиосистему Micoe. Постоянно требуется расход горячей воды и в помещениях должна быть оптимальная температура, а это приличные затраты. С новым оборудованием получается полностью обслуживать отопление, подавать горячую воду без перебоя, еще и нагревать бассейн.

Дарья, Екатеринбург.

Стоимость

У всех компаний существует свой диапазон цен на солнечные коллекторы вакуумного типа

Компания, производитель, модель	Площадь поглощения, м2	Количество трубок	Габариты, мм	Вес, кг	Цена, рубли
Micoe, Китай SZ47 MZ58	1-3 1,5-4	10-30 10-30	1700×1000/2300×150 2200×1000/2700×155	30-75 40-115	20 000-40 000 25 000-50 000
Анди Групп, Россия Дача XF-II Универсал CP-II SCH-18	0,55-0,8 2-5 2,3	10-200 15-35 18	2350х1000/2050/160 2350х1300/3200/160 2020х1640х155	50-100 65-170 55	20 000-50 000 60 000-120 000 30 000-35 000
Paradigma, Германия CPC Star Azzuro Titan Plus	2,9-5 3-6	14-45 20-50	1060х1060/2050х120 1100х1200/2200х140	39-72 50-120	120 000-150 000 140 000 -170 000
Shentai, Китай, Нидерланды SCM 58 STH 200	1,5-2 2-4	10-40 15-45	2300х1000/2200х150 2300х2000/2200х120	40-80 50-120	30 000-50 000 60 000- 80 000
Viessman, Германия Vitosol 200-T Vitosol 300-T	2,7-3 3-3,7	20-40 20-40	1500х2050/3000х150 1500х2050/3000х150	60-70 60-80	225 000- 300 000 350 000 -420 000

Советы

В завершении, хотелось бы дать еще несколько советов:

1. Если вам не требуется использование солнечного вакуумного коллектора зимой, то следует купить дополнительный прибор (водонагревательный).
2. Подключать коллектор необходимо параллельно нагревательному прибору и установить кран на подачу холодной воды.
3. Аварийную и запорную арматуру лучше разместить в помещении с постоянной положительной температурой, т.к. это поможет в будущем сливать воду и с коллектора, и с труб.
4. Мембранный бак-компенсатор или сбросной предохранительный клапан поможет компенсировать линейное расширение воды при ее нагревании.
5. Установленный обратный клапан нужен на подаче холодной воды. Также возможно применение комбинированных обратных клапанов, которые могут сбрасывать избыточное давление.
6. В некоторых случаях необходимо наличие сливного крана, который должен быть установлен в помещении для подачи холодной воды после клапана обратного.
7. Бак накопительного типа может быть использован как бак, предназначенный для хранения ресурсов на время аварийного отключения или хлорирования воды. Дальнейший слив жидкости будет производиться через смеситель.
8. Не забывайте об изоляции всех наружных проводов к водонагревателю.

В среднем солнечный вакуумный коллектор служит не меньше 20 лет. Срок службы зависит от климата и правильного монтажа конструкции. Никакого ухода данная конструкция не требует, а экономия очевидна.

Как устроен коллектор вакуумного типа

Современные вакуумные приборы, обеспечивающие помещения теплом и горячей водой за счет солнечной энергии, технологически несколько разнятся и подразделяются на такие виды, как:

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

Все они имеют общее конструктивное сходство, так состоят из:

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

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