Обновлено: 25 июля 2022.
Главный рабочий элемент всесезонного солнечного коллектора – вакуумные трубки. От их конструкции зависит скорость нагрева, коэффициент поглощения и преобразования солнечной энергии в тепловую. Вакуумные трубки для солнечного коллектора отличаются внутренним устройством, принципом передачи тепла и селективным покрытием.
В этой публикации мы расскажем о типах вакуумных трубках и их принципе работы. Ваши вопросы, замечания и мнение вы можете оставить в комментариях.
Конструкция вакуумной трубки для солнечного коллектора
Независимо от производителя и модели, вакуумные трубки состоят из четырех элементов:
- Стеклянной вакуумированной двустенной колбы;
- Абсорбера (селективного покрытия);
- Теплоприемника;
- Теплообменника.
Стеклянная колба состоит из двух стенок, между которыми откачан воздух. Вакуум не позволяет внутренней части отдавать тепло наружной стенке за счет отсутствия конвекции и какого-либо газа или жидкости между ними.
Абсорбер – селективное покрытие, которое поглощает солнечное излучение в широком диапазоне и преобразует его в тепловую энергию. Он не излучает тепло наружу вакуумной трубки, а передает внутрь на теплоприемник.
В качестве теплоприемника в вакуумных трубках может использоваться вода, металлическая трубка, наполненная водой или жидкостью с высокой температурой кипения, проточные трубки для воды, металлические конструкции.
Теплообменник – место в корпусе солнечного коллектора или бойлере, в котором тепло передается теплоносителю или воде.
В нижней части, между стенками из стекла, находится барий. Он выполняет роль абсорбента. Если происходит разгерметизация трубки, барий поглощает излишнюю влагу из попавшего внутрь воздуха.
Принцип работы вакуумных трубок
Функция вакуумированных трубок солнечного коллектора – поглотить солнечное излучение и не дать выйти в окружающую среду. Тепловая энергия может покинуть рабочую часть вакуумного солнечного коллектора двумя способами – за счет прямой теплоотдачи и в виде ИК-излучения.
Полость между стеклянными стенками практически полностью исключает возможно прямой отдачи тепла в вакууме нет молекул веществ, которые могли бы осуществить его перенос.
Селективное покрытие (абсорбент) обеспечивает поглощение солнечной энергии и не позволяет ей выйти наружу. Существуют разные типы таких покрытий, отличающиеся поглощательной и излучательной способностью.
Некоторую часть солнечного излучения отражает стекло, но она незначительна – видимы свет составляет только часть поглощаемого спектра. Качественные коллекторы изготавливают из боросиликатного стекла высокой прочности, которое стойко к механическим повреждениям.
Боросиликатное стекло сложно поцарапать или заматовать, оно служит десятки лет без изменения пропускной способности.
Виды вакуумных трубок
Различают пять видов вакуумных трубок для солнечных коллекторов. Они отличаются внутренним строением и конструкцией. Кроме того, каждый из них может быть дополнен металлическим (чаще алюминиевым) абсорбером, который помещается внутрь стеклянной колбы в виде трубки.
Термосифонные (открытые) вакуумные трубки
Такой вид трубок солнечного коллектора используется в коллекторах с наружным баком-накопителем. они заполнены водой и образуют с резервуаром один объем. Нагретая вода из колбы поднимается в бак, а охлажденная опускается вниз.
Термосифонные вакуумные коллекторы используются в следующих случаях:
- Для подключения к системе горячего водоснабжения;
- В регионах с высоким уровнем инсоляции в холодное время года;
- Для сезонного использования (весна, лето, осень).
Коаксиальная трубка (Heat Pipe)
Это наиболее распространенный вариант вакуумных трубок. В ней внутри стеклянной колбы находится медная труба, наполненная жидкостью с низкой температурой кипения или водой под низким давлением.
При нагреве жидкость или вода начинают закипать, пар поднимается вверх, попутно нагреваясь от медных стенок. В верхней части он попадает в теплообменник – расширение на конце, в котором отдает тепло через стенки воде, которая циркулирует вокруг него.
После охлаждения пар конденсируется на стенках теплообменника и стекает вниз. Цикл повторяется заново.
Спаренные коаксиальные трубки
Принцип работы такого теплоприемника как у предыдущего, за одним исключением – к одному теплообменнику присоединены две медных трубки с жидкостью. Спаренная система позволяет более эффективно отбирать тепло, а большая емкость и площадь стенок теплообменника – быстро нагревать воду.
Вакуумные коллектор с спаренной коаксиальной системой устанавливают там, где необходимо:
- Обеспечить небольшой подогрев больших объемов воды;
- Есть потребность в тепловой энергии на протяжении солнечного дня;
- Высокий средний уровень инсоляции;
- Происходит быстрая прокачка воды через систему.
Перьевые вакуумные трубки
В их конструкции есть дополнительный теплообменник, который позволяет более эффективно отбирать тепло из внутренней части стеклянной колбы. Обычно он выполнен в виде двух продольных пластин, находящихся по бокам медного теплоприемника.
В остальном принцип работы точно такой, как у коаксиальной трубки.
U-образные вакуумные трубки (U-type)
Эта система кардинально отличается от предыдущих. В ней используется две магистрали – для холодной и нагретой воды.
В стеклянной колбе установлен теплообменник в виде английской буквы U, по которому проходит вода. Из магистрали с холодной водой она поступает в него, нагревается и возвращается в трубу с нагретой водой.
Коллектор с вакуумными трубками U-образного типа наиболее эффективен, но его монтаж сопряжен с трудностями. Проточные магистрали при сборке крепятся с помощью сварки с медными трубками, находящимися внутри стеклянной колбы. Получается единая цельная система с большой энергоэффективность, но низкой ремонтопригодностью.
Эффективность разных видов трубок
Рейтинг эффективности вакуумных коллекторов в зависимости от установленного типа трубок:
- U-образные (U-type);
- Спаренные коаксиальные;
- Перьевые;
- Коаксиальные (Heat Pipe);
- Термосифонные (открытые).
Этот рейтинг характеризует разные системы в общем, ведь производительность зависит от особенностей конструкции, свойств используемых материалов и конструктивных решений. На уровень эффективности вакуумного коллектора влияют следующие факторы:
- Коэффициенты поглощения и излучающей способности абсорбера;
- Максимальное рабочее давление в системе;
- Качество и теплопроводность материалов в местах соединения;
- Наличие и свойства металлического абсорбера по внутреннему периметру стеклянной стенки;
- Стойкость стекла к механическому воздействию;
- Конструктивные особенности – толщина стенок, качество металлов и т.д.
Полезная информация
При расчете мощности коллектора нужно продумать способ сброса избыточного тепла в солнечные дни. Это может быть теплоаккумулятор, радиаторная система, сброс излишков воды и т.д.
Считается что наиболее эффективны и долговечны вакуумные трубки для солнечного коллектора производства Германии. В реальности 90% всех комплектующих производят в Китае, а европейские производители импортируют их и продают под собственным брендом.
Низкая стоимость трубок или коллекторов означает что они проигрывают всего на 10-20% в энергоэффективности дорогим аналогам. Но такие вакуумные трубки в несколько раз чаще разгерметизируются, у них высокий процент брака.
Вакуумные трубки большего диаметра более эффективны, чем тонкие в пересчете на полезную площадь. Разница в эффективности составляет 20-30%.
Вакуумные трубки способны поглощать рассеянный и отраженный солнечный свет, поэтому установленный за коллектором отражатель может увеличить его производительность на 30-40%.
Многие думают, что невозможно сделать вакуумные трубки для солнечного коллектора своими руками. На деле это не так – единственное что потребуется – приобрести стеклянную колбу. Все остальное можно сделать самостоятельно.
Несмотря на то, что они изготовлены из стекла, колбы довольно прочные. В зависимости от вида стекла и диаметра они выдерживают падение стального шарика диаметром 3 см. с высоты 2-5 метров и попадание градин диаметром 2-5 см.
В статье мы описали основные типы вакуумных трубок для коллекторов. Некоторые производители их немного усовершенствуют и выдают за высокоэффективное ноу-хау, но за последние 10 лет существенных прорывов в этой области не было.
Не забудьте поделиться публикацией в соцсетях!
Хотите получить помощь мастера, специалиста в этой сфере? Переходите на портал поиска мастеров Профи. Это полностью бесплатный сервис, где вы найдете профессионала, который решит вашу проблему. Вы не платите за размещение объявления, просмотры, выбор подрядчика.
Если вы сами мастер своего дела, то зарегистрируйтесь на Профи и получайте поток клиентов. Ваша прибыль в одном клике!
