Вакуумные трубки для солнечного коллектора: типы, эффективность и конструкция

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:

  1. Стеклянной вакуумированной двустенной колбы;
  2. Абсорбера (селективного покрытия);
  3. Теплоприемника;
  4. 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.

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.

Читайте также:  Отопление солнечными вакуумными коллекторами - проблемы и решения

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.

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%.

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:

  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).

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.

Коаксиальная вакуумная трубка
Схематическое внутреннее строение коаксиальной трубки и теплообменника.

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:

  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.
Читайте также:  Принцип работы вакуумного коллектора, его устройство и особенности

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.

U-образные вакуумные трубки (U-type)
Установка колбы на U-образную медную трубку.

Эффективность разных видов трубок

Рейтинг эффективности вакуумных коллекторов в зависимости от установленного типа трубок:

  1. U-образные (U-type);
  2. Спаренные коаксиальные;
  3. Перьевые;
  4. Коаксиальные (Heat Pipe);
  5. 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.
Важно!
Многие производители вакуумных трубок и коллекторов завышают их производительность. Реальное количество тепла, которое можно получить, зависит от многих факторов и должно просчитываться индивидуально.

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.

Читайте также:  Расчет солнечного коллектора для отопления дома

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!

Загрузка...

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.

Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (7 оценок, среднее: 4,71 из 5)
Загрузка...