Монтаж вакуумного солнечного коллектора с накопительным баком.

Правильно подобранный и грамотно смонтированный вакуумный солнечный коллектор с выносным баком способен обеспечить вашу семью горячей водой в полном объеме не только в летний период, но также осенью и весной.

Количество нагревательных элементов (тепловых трубок) в таких системах пропорционально объему накопительного бака и при условии правильного монтажа вода в накопителе будет нагреваться в полном объеме за солнечный день. Потому для правильного подбора такого водонагревателя достаточно всего-навсего определиться с суточным объемом потребления семьей горячей воды.

Если фактический расход трудно определить — можно воспользоваться нормами. Согласно СНиП, суточный расход горячей воды на человека колеблется в пределах от 50 до 100 литров, что зависит от благоустройства жилища. При этом температура горячей воды составляет 55–60°С.

Справочно: Нормы расхода горячей воды для жилых домов, для гостиниц и пансионатов. Подробнее>>

Подбор солнечного водонагревателя не составляет особого труда, но грамотный монтаж такой системы — более сложная задача. Ведь изначально коллектор поставляется в полностью разобранном виде и для его самостоятельной сборки, монтажа и подключения понадобятся навыки монтажника, кровельщика, сантехника и электрика. Также понадобится инструмент, а главное, умение им пользоваться.

Из чего состоит вакуумный солнечный коллектор

В комплект поставки солнечного коллектора входит:

  • Накопительный бак.
  • Рама для установки (в разобранном виде).
  • Тепловые трубки.
  • Вакуумные трубки.
  • Алюминиевые теплопроводные листы.
  • Фиксирующие чашки.
  • Обратный клапан со сбросом избыточного давления.
  • Автоматический воздухоотводчик.
  • Различные уплотнители и экраны.
  • Крепежные детали (болты, гайки).
  • Электрический ТЭН.
  • Защитный термостат.
  • Датчик температуры.
  • Монтажный блок.
  • Контроллер.
  • Комплект проводов.

Расположение коллектора относительно сторон света и оптимальный угол наклона.

Для максимально эффективной работы солнечного водонагревателя необходимо правильно сориентировать его относительно сторон света. Для северного полушария оптимальной является ориентация плоскости коллектора на юг. Чем меньше отклонение — тем лучше. При невозможности сориентировать коллектор на юг, следует выбирать между западом и востоком.

Угол наклона солнечного коллектора относительно плоскости земли должен находиться в пределах от 45 до 55°. Однако для водонагревателя с выносным баком он заранее учтен в конструкции рамы. Достаточно будет установить опоры рамы в горизонтальной плоскости, либо с незначительным уклоном.

При монтаже также необходимо учесть отсутствие затенения вакуумных трубок водонагревателя дымоходами, деталями кровли, деревьями и т. д.

Справочно: Ориентация и угол наклона солнечного коллектора. Подробнее >>

Сборка коллектора и подвод коммуникаций.

Для монтажа солнечного коллектора понадобятся следующие инструменты:

  • Рожковые ключи.
  • Торцевые ключи.
  • Разводные и трубные ключи.
  • Дрель или перфоратор.
  • Паяльник для полипропиленовых труб.
  • Отвертки.

Работы по монтажу солнечного коллектора удобней выполнять бригадой не менее двух человек. Весь процесс сборки можно разбить на несколько отдельных этапов.

Этапы монтажа солнечного коллектора:

  1. Сборка рамы.
  2. Закрепление рамы на крыше.
  3. Подъем бака на крышу и его монтаж.
  4. Установка вспомогательных узлов.
  5. Подвод водопровода.
  6. Заполнение бака водой.
  7. Монтаж нагревательных элементов.
  8. Подвод электричества к коллектору.
  9. Подключение ТЭНа, датчика температуры.
  10. Установка котроллера в доме.
  11. Запуск системы.
  12. Рассмотрим каждый этап в отдельности.

Сборка рамы

Удобнее всего собирать раму непосредственно на месте, где вы планируете установить систему. Если это будет крыша, то гораздо проще передать по отдельности все детали наверх, чем тянуть туда габаритную конструкцию в сборе. Последовательность сборки рамы указывается в инструкции к изделию.

Все болтовые соединения должны быть крепко зажаты, во избежание раскручивания в процессе работы.

Совет: лучше смазать болты и гайки солидолом, для предотвращения коррозии.

Закрепление рамы на крыше

Солнечный коллектор должен быть надежно закреплен на крыше, поскольку он обладает большой парусностью. Если установка производится на бетонной крыше — можно для закрепления использовать анкера. Если поверхность крыши выполнена из шифера, черепицы и т. д. — закрепление рамы необходимо производить в брус обрешетки мощными шурупами.

Рама коллектора рассчитана на установку на ровной поверхности либо с незначительным уклоном. Для монтажа на наклонной крыше необходимо предусмотреть дополнительные опоры для рамы, которые позволят компенсировать уклон. Места закрепления рамы на кровле необходимо герметизировать для предотвращения протекания.

Подъем бака на крышу и его монтаж

Наиболее сложной задачей на этапе сборки солнечного водонагревателя является подъем накопительного бака на крышу, в виду его большого объема и веса. В бытовых условиях удобнее всего поднимать бак на тросе, обвязав его плотным материалом, для предотвращения механических повреждений. После подъема на крышу, бак закрепляется к раме гайками.

Установка вспомогательных узлов.

Перед подводом воды к коллектору необходимо смонтировать вспомогательные узлы. К ним относятся:

  • датчик температуры;
  • ТЭН;
  • автоматический воздухоотводчик.

Данные детали монтируются на прокладки, идущие в комплекте с водонагревателем. Для монтажа датчика температуры потребуется торцевой ключ.

Для подвода воды к водонагревателю можно пользоваться любыми трубами, главное, чтобы они были рассчитаны на температуру не менее 95 °С. Оптимальными по цене и качеству являются армированные полипропиленовые трубы. Важной характеристикой таких труб является их морозоустойчивость.

Случаются ситуации, когда минусовые температуры приходят внезапно, и владелец не успевает вовремя слить воду из водонагревателя. Бак замерзает не сразу и может поддерживаться электрическим ТЭНом, а вот трубы при отсутствии разбора воды прихватывает довольно быстро. В такой ситуации металлопласт рвет, в то время как полипропилен после оттаивания сохраняет свои свойства.

Немаловажен подбор диаметра труб. Если вы планируете пользоваться горячей водой в домашних условиях, достаточно будет подобрать диаметр труб, соответствующий диаметру вводного водопровода. Оптимальным вариантом будет 20-я или 25-я полипропиленовая труба. Трубы большего диаметра стоит выбирать, если предусматривается разбор воды из водонагревателя одновременно несколькими потребителями (например, в гостинице).

Справочно: Определение диаметра трубопровода гелиосистемы Подробнее >>

Также необходимо учитывать, что длина коммуникаций к коллектору довольно большая по сравнению с нагревательными приборами, установленными в доме. И чем дальше коллектор будет находиться от точки разбора воды, тем больше ее придется сливать перед тем, как из крана пойдет горячая вода (в 1 пог. м армированной полипропиленовой трубы Ø 20 содержится

0,13 литров воды, а в 1 пог. м трубы Ø 25

0,27 литров). Поэтому необходимо устанавливать коллектор максимально близко к точкам потребления с минимальной длиной коммуникаций.

Для уменьшения теплопотерь трубы обязательно необходимо изолировать. Стоит также учесть, что многие виды изоляции необходимо защищать от воздействия солнечного излучения. Для этой цели отлично подойдет алюминиевый скотч.

Солнечный коллектор в общую систему необходимо подключать параллельно с дополнительными отопительными приборами, если водонагреватель не предусматривается как единственный источник горячей воды. Также необходимо установить клапан со сбросом избыточного давления, который поставляется в комплекте с водонагревателем.

Заполнение бака водой

После подключения водопровода к солнечному водонагревателю необходимо произвести заполнение накопительного бака водой и проверить его герметичность, а также просмотреть все соединения трубопроводов на предмет утечки воды. Для этого необходимо на несколько часов оставить бак под давлением. После этого производится внимательный осмотр и, при необходимости, устранение неисправностей.

Монтаж нагревательных элементов

Убедившись в герметичности соединений накопительного бака, можно приступать к монтажу нагревательных элементов. Для этого на медную тепловую трубку надевается алюминиевый теплопроводный лист и силиконовая заглушка. Трубка с листом помещается внутрь стеклянной вакуумной трубки, на нижнюю часть которой надевается фиксирующая чашка. Также на вакуумную трубку надевается резиновый пыльник. Медный наконечник тепловой трубки погружается внутрь латунной гильзы (конденсатора) до упора.

Трубки обработаны термоконтактной смазкой, которую нельзя удалять.

Далее производится защелкивание фиксирующей чашки на кронштейне рамы.

Последовательно производится закрепление всех вакуумных трубок на кронштейне. После проводится подтяжка кронштейна и его окончательная фиксация на раме.

После фиксации надевается пыльник, который необходим для защиты трубок от загрязнения и для дополнительной теплоизоляции.

После подключения вакуумных трубок вы уже можете использовать коллектор для нагрева воды, однако еще не сможете контролировать температуру и управлять нагревом бака.

Подвод электричества к коллектору

К солнечному водонагревателю также желательно подключить электропитание. Это даст возможность в полном объеме использовать возможности коллектора. Для этого на раме устройства монтируется монтажный блок, в который необходимо подвести питание 220 вольт и к которому подключается датчик температуры, ТЭН и контроллер. Монтажный блок выполнен влагозащищенным, однако не лишним будет предусмотреть для него козырек или иную защиту от осадков.

Для питания водонагревателя желательно установить отдельный автомат. Поскольку основная нагрузка приходится на электрический ТЭН, мощность которого не более 2,0 кВт, для подвода питания к коллектору необходим кабель сечением 1,5 мм2 и автомат на 10 А. Также водонагреватель необходимо заземлить.

Подключение ТЭНа, датчика температуры

После установки монтажного блока необходимо подключить электрический ТЭН и датчик температуры по схеме, указанной в инструкции изделия. ТЭН подключается через защитный капиллярный термостат по перегреву воды свыше 95°С.

Провода, термостат и крепежи поставляются в комплекте с водонагревателем. Подключение ТЭНа в коллекторе аналогично подключению ТЭНа в обычном бойлере.

Установка контроллера в доме

Также в монтажный блок подключается контроллер, который дает возможность управлять электрическим нагревом бака, отображает температуру и может также взаимодействовать с дополнительными устройствами, к примеру, электромагнитным клапаном. Контроллер желательно разместить в удобном месте, чтобы иметь возможность отслеживать температуру воды.

Запуск системы

После подключения водопровода и электричества остается запрограммировать контроллер, установив график догрева воды, температуру, которая должна поддерживаться в накопительном баке, и прочие полезные параметры. На этом работа завершена, и коллектор готов обеспечивать вас бесплатной горячей водой. Не стоит, однако, забывать о своевременном обслуживании установки, которое позволит продлить срок службы и эффективность работы солнечного водонагревателя.

Обучающее видео: Монта ж солнечного коллектора с накопительным баком.

Ч.1. Сборка опорной рамы солнечного коллектора

Ч.2. Установка накопительного бака солнечного коллектора.

Ч.3. Монтаж вакуумных и тепловых трубок солнечного коллектора

Источник



Вакуумный солнечный коллектор для отопления дома

Оглавление статьи: Вакуумный солнечный коллектор для отопления дома

В условиях непрекращающегося роста тарифов ЖКХ экономия на отоплении и горячем водоснабжении — насущный вопрос многих домохозяйств. С развитием технологий появляются новые альтернативные способы получения энергии из света, обеспечивающие максимальный эффект при минимуме теплопотерь. Один из таких способов — вакуумный солнечный коллектор. Его можно и собрать самостоятельно, и приобрести готовые варианты у продавцов.

солнечный коллектор

Принцип работы

Идея улавливать и преобразовывать световую энергию не нова. В мире достаточно давно и успешно эксплуатируются ветряные электростанции и солнечные батареи, последние в регионах с большим количеством ясных дней позволяют обеспечивать практически полностью автономное снабжение жилищ, коммерческих помещений и техники.

ветряные электростанции

Классическая гелиобатарея принимает и конвертирует в электричество падающий на нее свет. Далее энергия поступает к потребляющим аппаратам. Вакуумный гелиоколлектор устроен иначе: он состоит из крепких стеклянных трубок с откачанным для образования вакуума воздухом. Трубки объединены в систему.

Кроме этого:  Устанавливаем парктроник на Шевроле Лачетти без проблем

Внутри такой стеклянной трубки находятся один-два медных стержня с заключенным в них теплоносителем. Падающие на медь лучи разогревают ее, и тепло передается носителю. Таким образом улавливается и накапливается солнечная энергия. Конструкция позволяет обеспечить высокую энергоотдачу при низких потерях. Происходит это благодаря вакууму: поскольку нет отнимающей тепло среды, практически все оно остается в носителе. Такой солнечный коллектор сохраняет примерно 95 % уловленной им энергии.

Схема 1

В качестве теплоносителя может использоваться жидкость или воздух. Первый вариант встречается чаще всего.

Конструктивное решение также снижает зависимость от погоды и окружающей температуры. Зимой комплекс будет работать так же эффективно, как и летом. При текущих темпах неуклонного роста цен на органические энергоносители гелиоустановка для отопления дома окупится, в среднем, через 3–5 лет, а прослужит около 25. То есть ее владелец спустя относительно недолгое время станет получать энергию бесплатно.

Рабочие температуры

Коллекторы делятся на виды по температуре рабочей среды:

  • низкотемпературные — в них теплоноситель прогревается до 50 градусов. Их используют при подогреве емкостей с водой для полива, устройстве летних ванн и душевых, создании комфорта прохладной весной или осенью и других задачах, не требующих высоких температур;низкотемпературные
  • среднетемпературные, разогревающиеся до 80 градусов. С этой отметки гелиоколлектор можно использовать для отопления помещений (в том числе зимой), и подобные варианты распространены в проектах частных домов;
  • высокотемпературные, где носитель нагревается вплоть до 300 градусов. Такие системы применяют в коммерческих зданиях, цехах и других подобных местах. Высокотемпературные комплексы нуждаются в сложном механизме аккумулирования и передачи тепла и занимают много места, из-за чего мало пригодны для частно-бытовых задач. Кроме того, они трудоемки в изготовлении и монтаже, требуют особого инструмента и соответствующих навыков.высокотемпературные

Сфера применения

Вакуумные солнечные коллекторы используются везде, где необходимо обеспечить тепло и горячую воду в условиях ограниченности топлива, невозможности подвода традиционных коммуникаций или нестабильности их работы. Их устанавливают на различных объектах:

  • сельскохозяйственных производствах;
  • предприятиях;
  • медицинских учреждениях;
  • санаториях и других оздоровительных комплексах;
  • детсадах, школах, летних лагерях;
  • местах отдыха туристов и гостиницах;
  • частных и многоквартирных домах;
  • офисных зданиях;
  • железнодорожном транспорте и тому подобное.

Такое устройство как вакуумный солнечный коллектор будет работать везде, где есть дневной свет и подвод холодной воды на объект. С его помощью решаются задачи:

  • организации сезонного и круглогодичного снабжения объектов горячей водой;
  • модернизации и оптимизации имеющейся водопроводной инфраструктуры;
  • дежурного и полного отопления помещений;
  • подогрев бассейнов;
  • обогрев в нуждах сельского хозяйства (питомники, инкубаторы и так далее);
  • подготовки технической подогретой воды и прочее.

Схема 2

Как устроен солнечный коллектор

Существуют различные варианты реализации преобразующих энергию Солнца вакуумных приборов. Основные виды коллекторов:

  • без применения защищающего стекла — это трубчатый;
  • аппарат с сокращенной конверсией;
  • плоский;
  • с прозрачной тепловой изоляцией;
  • воздушный прибор;
  • плоский вакуумный.

Все эти аппараты конструктивно похожи и несут следующие базовых компоненты:

  • прозрачная вакуумная трубка;
  • смонтированный в ней подогреваемый патрубок, где циркулирует рабочий теплоноситель;
  • сборные распределители, соединяемые с трубами большего диаметра. В них находится циркуляционный контур внутренних трубок.

Упрощенно конструкцию можно представить как обычный термос с прозрачными стенками, через которые свет падает на внутреннюю колбу. Благодаря вакууму между стенками и колбой последняя хорошо прогревается и почти целиком передает тепло своему содержимому.

Схема 3

Правильной работой комплекса может управлять циркуляционный насос. Этот элемент обеспечит безопасное и слаженное взаимодействие всех частей гелиоколлектора. Автоматизированная система управления нагревательным комплексом следит за температурой и, если она падает ниже разрешенного уровня (например, ночью), насос останавливается. Благодаря этому удается избежать ситуации обратного прогрева и других связанных проблем.

Классификация по конструктивным отличиям

Вакуумные коллекторы разделяют по типужу стеклянных трубок и параметрам теплоканалов. Трубки обычно встречаются двух категорий:

  • перьевые;
  • коаксиальные.

А каналы бывают прямоточные U-образные и разновидности heat pipe (смотреть ниже).

Коаксиальные вакуумные трубки

Это классический «термос» — колба, в которой вакуум создается между двойными стеклянными стенками. Кроме того, внутренняя поверхность колбы покрыта особым теплопоглощающим слоем. Их делают из боросиликатного высокопрочного стекла с хорошим светопропусканием. Такие вакуумные трубки для солнечного коллектора должны служить не менее 15 лет, справляться с давлением 1 МПа и не бояться плохих погодных условий.

Коаксиальные вакуумные трубки

Поглотителем служит полый стержень из меди с эфирным наполнением. Нагреваясь, эфир испаряется, поднимается, передает набранное тепло и выпадает вниз конденсатом. Далее процесс повторяется, обеспечивая непрерывный теплообмен внутри модуля.

Перьевые

Их стенки толще коаксиальных и состоят из единственной колбы. Медный абсорбционный элемент обрамлен гофрированной пластиной с теплопоглощающим слоем. Это позволяет вакууму находится прямо в канале модуля.

Перьевые

КПД такой трубки выше, но перьевая система дороже, а заменить ее в случае поломки медного абсорбера или нарушения герметичности колбы сложнее. Но именно этот вариант считается самым надежным, эффективным и долговечным среди похожих устройств.

Технология Heat pipe

Выполненные по этой технологии модули несут в себе трубки с испаряющимся жидким теплоносителем. При нагреве паром он поднимается наверх и собирается в манифольде (manifold) — теплосборнике. Здесь носитель отдает тепло, осаждается, и цикл повторяется. Из манифольда носитель передает энергию по всей системе, обеспечивая нагрев в контурах отопления и горячего водоснабжения.

Рабочий элемент такого канала делается медным, реже — из алюминия. Срок службы должен составлять 15 лет. Стоимость решения на базе «хит-пайп» относительно невелика и делает его самым популярным вариантом для создания современных трубчатых гелиосистем. Если какой-то узел испортится, его легко заменить без разборки всего комплекса. Ремонт можно проводить на месте с минимумом инструментов.

Технология Heat pipe

Прямоточные U-образные обменники

Как видно из названия, трубка такого теплообменника похожа на букву U. В ней циркулирует или рабочее тело теплоносителя, или вода системы. При этом одна часть компонента работает с нагретой средой, другая — с холодным носителем.

Нагревшись, состав расширяется и попадает в накопитель; таким способом обеспечивается простая циркуляция жидкости. На внутренние стенки накопительного бака нанесено эффективно забирающее тепло покрытие.

Прямоточные U-образные обменники

Эти трубки весьма эффективны, но обладают недостатком: конструктивно они едины с манифольдом и ставятся только вместе с таковым. Замена одной испортившейся трубки невозможна, для этого придется снимать всю систему.

Преимущества и недостатки вакуумных коллекторов

Основное достоинство данного класса устройств — минимальные эксплуатационные теплопотери благодаря вакууму, идеальному природному изолятору. Среди прочих плюсов:

  • эффективная работа обогревателей при температурах до −30 градусов и ниже, что делает их пригодными для зимней эксплуатации;
  • сбор тепла с нагревом до 300 градусов включительно (у больших промышленных образцов);
  • надежность и долговечность;
  • поглощение как световой энергии, так и невидимого теплового излучения;
  • стойкость к неблагоприятным погодным факторам;
  • небольшая парусность и способность почти свободно пропускать воздушные массы (благодаря чему системы почти не боятся ветра);
  • даже в местностях с малым числом ясных дней и холодным климатом способны показать высокую эффективность работы;
  • ремонтопригодность распространенных heat pipe решений на высоком уровне;
  • гелиобатарея остается работоспособной даже без контроллера (или при его отключении).

Вакуумный солнечный коллектор

Установка одного или нескольких таких устройств дает возможность существенно сэкономить на отоплении и горячем водоснабжении любых нуждающихся в этом объектов и построек. В среднем, затраты на нагрев воды снижаются на 60 %, а расходы на отопление — на 30 %. Достигается также оптимизация и снижение трат на эксплуатацию и поддержку коммуникаций. Вакуумный солнечный коллектор выступает как автономный источник тепла и обеспечивает потребителей горячей водой даже при перебоях с газом или электропитанием.

Еще один плюс — продление срока службы имеющихся систем отопления. Нагрузка на них снижается, и бойлер, например, способен прослужить до двух раз дольше: гелиоколлектор снижает нагрузку на него до 97 % от обычной. То же касается газовых котлов. При этом вакуумные солнечные модули легко интегрируются в существующие коммуникации. Можно запланировать их установку и на этапе планирования возводимого объекта.

Схема 4

Немаловажный бонус — экологическая чистота. Рассматриваемый класс устройств не производит вредных выбросов, не загрязняет окружающую среду и использует фактически неисчерпаемый источник энергии — солнечный свет. При этом каждый поступающий в систему джоуль используется оптимальным образом.

Интересно: считается, что к 2020 году около 20 % мировой потребности в электроэнергии станут удовлетворяться за счет Солнца. Особенно актуально это для регионов с интенсивным солнечным излучением и большим количеством ясных дней. За год в среднем в эксплуатацию вводится около 3 млн гелиоэнергетических систем.

Отметим также обеззараживающие свойства: под нагревом гибнут многие вредоносные микроорганизмы, вакуум также затрудняет их размножение.

микроорганизмы

Но есть и минусы. К ним относят высокую стоимость при покупке комплектующих и инструмента для самостоятельной сборки, а также неспособность недорогих трубчатых комплексов самоочищаться от налипшего/намерзшего зимой снега, льда и прочих загрязнений. Хотя существуют и варианты с режимами антизамерзания, и образцы с иными дополнительными возможностями.

Самостоятельная сборка

В начале создания вакуумного коллектора необходимо собрать раму. Желательно ставить ее сразу там, где будет находиться будущий обогревательный комплекс. Размеры рамы зависят от запланированных характеристик будущей системы и собираемой модели. Как правило, подробные указания прописаны в прилагаемой к комплектующим инструкции.

Важно: на дне короба будущего коллектора обязательно должна быть теплоизоляция.

Пример проекта для сборки:

сборка

Собирая раму на крыше, в местах прилегания ее дополнительно укрепляют герметиком. Это необходимо для защиты от попадания воды через монтажные отверстия. Далее на место ставят бак накопителя и прикрепляют к раме.

Далее монтируется воздухоотвод, ТЭН и датчик температуры (если есть). Все узлы устанавливаются на смягчающие прокладки (должны быть в комплекте). После этого к системе необходимо подвести водные коммуникации здания — для этого обычно используют фитинги и трубы из полипропилена, такая арматура достаточно вынослива, долговечна и легко меняется при выходе из строя. Трубы должны выдерживать температуру до 95 градусов.

Трубы

Когда водопровод подключен, в накопительный бак заливают воду и несколько часов проверяют герметичность комплекса. При нахождении утечек их следует немедленно устранить. Финальный этап — монтаж нагревающих модулей. В вакуумную стеклянную колбу помещают медную трубку, снизу конструкция фиксируется чашкой и резиновым пыльником. В латунный конденсатор до упора задвигают наконечник медной трубки, затем фиксирующий механизм защелкивается на кронштейне.

Установка остальных трубок выполняется по тому же принципу.

После этого к системе подсоединяется монтажный блок (если предусмотрен). На него заводится электропитание от сети 220 В. Также подключаются вспомогательные модули — температурный датчик, отвод воздуха и ТЭН. На финальном этапе монтируется управляющий контроллер комплекса (также если предусмотрен). В него вносятся необходимые настройки, после чего новая система обогрева запускается в работу в обычном режиме.

Кроме этого:  Установка забора многоквартирным домом

Панели

Все основные детали можно собрать самостоятельно. Но при отсутствии опыта слесарно-монтажных работ лучше обратиться к заводским комплектующим, поскольку собранный «с нуля» комплекс может содержать существенные огрехи и не давать требуемой эффективности. На рынке Москвы готовый комплект подключаемого к холодному водопроводу нагревателя на 30 вакуумных трубок с баком объемом в 260 литров стоит около 90 тысяч рублей.

Где лучше размещать

Для эффективной и полноценной работы вакуумный солнечный коллектор должен быть правильно размещен и сориентирован по сторонам света. В северных широтах желательно ставить устройство на солнечной стороне земельного участка или в южной части крыши. Если сориентировать точно на юг возможности нет, следует выбрать максимально освещенную позицию в направлении запада или востока.

Важно: гелиоэнергетический комплекс не должен перекрываться деревьями, дымоходами, декоративными частями кровли, соседними домами и прочими строениями. Это способно существенно снизить эффективность. При правильном расположении обогреватель обеспечит отличную теплоотдачу на весь год вне зависимости от сезона.

Панель

Заключение

Солнечный коллектор — интересная и технологичная альтернатива как традиционным способам получения тепла, так и современным экологически чистым, наподобие фотоэлектрических панелей или ветряков. Все, что требуется такой системе — наличие холодной воды и света, все остальное она сделает сама или с помощью простого управляющего блока и насоса, которые не обязательны.

Вакуумный уловитель солнечной энергии автономен, не производит вредных выбросов, прост в устройстве и надежен: если систему собрать из качественных компонентов и следить за ней, она прослужит до четверти века и дольше. Её отличают высокие показатели преобразования света и невидимого теплового излучения в полезное тепло и малый коэффициент потерь — используется до 95 % поступившей энергии. Такое сочетание эксплуатационных свойств делает данный класс устройств привлекательным для широких кругов потенциальных владельцев, от оборудующих дом/участок частных лиц до крупного бизнеса. А с учетом нестабильной ситуации с ценами на энергоносители и тарифами ЖКХ, можно рассчитывать, что популярность вакуумных коллекторов будет лишь расти.

Источник

Конструкция и преимущества вакуумных солнечных коллекторов

Солнце ежедневно и бесплатно поставляет для нас неограниченное количество энергии. Солнечный свет можно назвать практически неисчерпаемым источником энергии. Поэтому для человечества главный вопрос – это с помощью каких механизмов извлекать эту энергию. Постоянно идёт работа над изобретением новых устройств для преобразования солнечного света в другие типы энергии и совершенствование уже имеющихся. Перед инженерами стоит непростая задача – задействовать по максимуму энергию солнца. Для этого нужно увеличить КПД всех солнечных установок. Сегодня речь пойдёт о таком типе солнечных коллекторов, как вакуумные. На сегодняшний день этот вид солнечных коллекторов является наиболее эффективным. Он без проблем может использоваться для нагрева воды даже зимой. Нагретая вода может использоваться как для горячего водоснабжения, так и для отопления.

Конструкция и принцип работы вакуумного солнечного коллектора

Главная действующая частью любого солнечного коллектора – это теплоноситель, циркулирующий в нём. Теплоноситель нагревается, проходя по коллектору, а затем отдаёт тепло в каком-нибудь теплообменнике (бойлер), аккумулирующем его для горячего водоснабжения или отопления. В роли теплоносителя может выступать вода, масло, антифриз. Есть коллекторы, где теплоносителем является воздух, но они гораздо менее эффективны, чем жидкостные.

Солнечный вакуумный коллектор

Солнечный вакуумный коллектор

Ещё одной важной особенностью вакуумного коллектора является то, что во внутренних трубках находится специальная жидкость (антифриз, масло). При нагреве она переходит в парообразное состояние и поднимается вверх. Там она охлаждается, отдавая тепло второму контуру, где циркулирует теплоноситель. После охлаждения, в соответствии с законами физики, жидкость становится тяжелее и стекает вниз. И так она циркулирует по кругу.

Принцип работы солнечного вакуумного коллектора

Принцип работы солнечного вакуумного коллектора

Принцип работы любого коллектора подобного типа заключается в накоплении тепла от солнечного излучения и передачу её теплоносителю. Вакуумные устройства в этом смысле не отличаются, но имеют ряд особенностей. Давайте, сначала разберёмся, что входит в состав вакуумного коллектора. Это, собственно, сам коллектор, контур для циркуляции теплообменника, тепловой накопитель, датчики, приёмник. В роли накопителя используется бак с водой.

Тепло образуется от инфракрасного спектра излучение солнечного света. Вакуумные трубки представляют собой термос. Между ними создаётся вакуум, благодаря чему отлично сохраняется тепло. Ведь у вакуума практически нулевая теплопроводность.

Работа солнечного коллектора в составе гелиосистемы

Работа солнечного коллектора в составе гелиосистемы

Приёмник в большинстве случаев сделан из меди. В качестве дополнительной защиты используется изоляция из полиуретана. Сам приёмник защищён с помощью покрытия из нержавейки. У приёмника есть специальная медная гильза, через которую выполняется передача тепла. Внешний отопительный контур разделён с блоком стеклянных трубок. Благодаря этому при повреждении одной или нескольких трубок работа всей системы не останавливается. А заменить повреждённые трубки можно прямо во время работы коллектора, не сливая теплоноситель. Это несомненный плюс системы.

Теплообменник выступает в роли бойлера. Он используется, как аккумулятор тепловой энергии. Внутри теплообменник имеет 1 или 2 спирали, посредством которых организован теплообмен. А также в систему входит насос для циркуляции теплоносителя, клапаны для регулировки давления и количества воды, манометр, соединительные трубки, фитинг. Для подключения системы отопления к накопителю используется специальный набор для безопасного соединения. Часто накопитель ещё оснащается возможностью нагрева с помощью электричества.

Вакуумный солнечный коллектор

Вакуумный солнечный коллектор

Виды вакуумных солнечных коллекторов

С прямой тепловой подачей

Вакуумные коллекторы с прямой подачей тепла имеют внутренние трубки с теплоносителем, которые присоединены к накопительному баку. То есть, здесь теплоноситель в трубках и общем контуре один и тот же. Схему можно посмотреть ниже.

Вакуумный солнечный коллектор с прямой тепловой подачей

Вакуумный солнечный коллектор с прямой тепловой подачей

С косвенной тепловой подачей

Принцип работы здесь аналогичный, но теплоноситель не соприкасается с жидкостью внутри вакуумных трубок. Схему можно посмотреть на изображении ниже.

Вакуумный солнечный коллектор с косвенной тепловой подачей

Вакуумный солнечный коллектор с косвенной тепловой подачей

Особенности вакуумных коллекторов

Эффективная работа таких устройств возможна только в случае соблюдения рекомендаций производителя. Для начала нужно смонтировать систему под углом, рекомендуемым изготовителем. Не стоит забывать и о безопасности. Летом нагрев теплоносителя может достигать 300 градусов по Цельсию. Поэтому обязательно нужно сделать теплоизоляцию контура, где он циркулирует. Кроме того, для таких трубопроводов нужно использовать только медь или нержавеющую сталь.

Угол наклона вакуумного солнечного коллектора при креплении на крыше должен быть равен географической широте вашего региона. Устанавливать коллектор следует максимально близко к строениям, которые будут потреблять тепло. Вокруг не должно быть никаких объектов, которые бы отбрасывали тень коллектор. Максимальная эффективность системы достигается, когда трубки находятся под углом 90 градусов к солнечным лучам. Это, конечно, идеальные условия, которых добиться довольно сложно.

Направление установки солнечного коллектора всегда южное. В северных широтах он устанавливается почти вертикально. Их эффективность в зимний сезон ещё возрастает за счёт поглощения света, отражённого от снега. Установка может выполнять как на крыше, стенах и фасаде, так и отдельно рядом с домом.

Установка электрического или иного типа нагревателя выполняется после вакуумного коллектора. Тогда они будут функционировать в экономичном режиме, доводя температуру жидкости до необходимой уже после подогрева её в коллекторе. Их подключение параллельно будет неправильным.

Преимущества коллекторов вакуумного типа

Основным преимуществом вакуумных коллекторов является их работа круглый год. Они могут функционировать при отрицательных температурах (даже в мороз до минус 40 по Цельсию). Сама установка монтируется отдельно, а к накопительному баку ведут трубы. Поэтому можно дополнительно подключать обогрев от электрических и газовых котлов. Вакуумные солнечные коллекторы могут быть установлены на крыше дома, фасаде, а также на участке рядом.

Функционирование установки может быть полностью автоматизировано за счёт использования контроллера, циркуляционного насоса и датчиков.

Источник

Вакуумный солнечный коллектор: принцип работы + как собрать самому

На горячее водоснабжение и отопление помещений тратятся немалые средства. Но существует альтернативный источник энергии – вакуумный солнечный коллектор. Слышали о таком? Он позволяет существенно снизить финансовые затраты на поддержание комфорта, обеспечивая максимальный греющий эффект при минимальных теплопотерях.

Этот прибор можно купить у производителей бытового оборудования или собрать самостоятельно в домашних условиях. Чтобы выбрать подходящую модель, предстоит изучить немало информации. Мы поможем вам определиться с основными критериями покупки.

В статье речь пойдет о принципе работы и устройстве вакуумного коллектора. Мы расскажем о конструкционных особенностях различных моделей, рассмотрим плюсы и минусы этих установок. Кроме того, подробно опишем, как сделать и установить вакуумный солнечный коллектор самостоятельно.

Материал сопровождается видеороликами, из которых вы узнаете о важных особенностях и принципах работы вакуумных коллекторов.

Принцип работы вакуумного агрегата

От обычных гелиосистем вакуумный солнечный коллектор отличается способом переработки солнечной энергии. Классическая батарея просто принимает свет и преобразовывает его в электричество. Коллектор же состоит из стеклянных трубок с воссозданным внутри вакуумом. В единую систему они объединяются посредством специальных стыковочных узлов.

Внутри каждой трубки располагается канал из одного или двух медных стержней с теплоносителем. Улавливая солнечные лучи, действующий элемент нагревает материал-теплоноситель, таким способом обеспечивая работу коллектора.

За счет такой конструкции уровень энергоотдачи значительно возрастает, а теплопотери существенно снижаются, так как вакуумная прослойка позволяет сохранить около 95 % улавливаемой солнечной энергии.

Вакуумный солнечный коллектор на крыше

Кроме того, уменьшается зависимость производительности коллектора от сезонности, температуры окружающей среды и различных погодных условий, как то: порывы ветра, переменная облачность, выпадение осадков и пр.

Как устроен коллектор вакуумного типа?

Современные вакуумные приборы, обеспечивающие помещения теплом и горячей водой за счет солнечной энергии, технологически разнятся.

Коллекторы подразделяют на такие виды:

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

Вакуумный солнечный 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.

Конструкционные нюансы и классификация

Коллекторы вакуумного типа классифицируют по виду стеклянных трубок, установленных в конструкции, либо по характеристикам тепловых каналов. Трубки обычно бывают коаксиальными и перьевыми, а тепловые каналы – U-образными прямоточными и heat pipe типа. .

Кроме этого:  Руководство по эксплуатации M Audio Digital Recording Interface Delta 44

Характеристика коаксиальных трубок

Коаксиальные трубки представляют собой двойную стеклянную колбу-термос с искусственно созданным между стенками вакуумным пространством. Внутренняя поверхность трубки имеет слой специального теплопоглащающего покрытия, поэтому фактическая передача тепла происходит непосредственно от стенок стеклянной колбы.

Коаксиальные трубки из стекла

В качестве поглощающего элемента в стеклянную трубку впаивают медную трубку, содержащую эфирный состав. В процессе нагревания он испаряется, эффективно отдает свое тепло, конденсируется и стекает на нижнюю часть трубки. Затем цикл повторяется, создавая таким образом непрерывный процесс теплообмена.

Особенности перьевых трубок

Вакуумные перьевые трубки имеют большую толщину стенок, нежели коаксиальные, и состоят не из двух, а из одной колбы. Внутренний абсорбционный элемент из меди снабжается по всей длине прочным усилителем – гофрированной пластиной с высокоуровневым энергопоглощающим напылением.

Благодаря такой конструкционной особенности вакуум располагается непосредственно в тепловом канале, часть которого вместе с абсорбентом интегрируется непосредственно в колбу.

Вакуумная перьевая трубка

Коллекторы, изготовленные на основе перьевых вакуумных трубок, считаются наиболее эффективными в своем классе, отлично справляются с поставленными задачами и надежно служат в течение многих лет.

Принцип работы теплового канала heat pipe

Тепловые каналы heat pipe состоят из закрытых трубок, содержащих легко испаряющийся жидкий состав. Под воздействием солнечных лучей он прогревается, переходит в верхнюю область канала и сосредотачивается там в специальном теплосборнике (manifold).

Рабочая жидкость в этот момент отдает все накопленное тепло и снова опускается вниз для возобновления процесса.

Гильза теплообменника heat-pipe соединяется с теплообменником manifold’а посредством специального гнезда, впаянного в сам в 1-трубный теплообменник, либо огибается 2-трубным теплообменником.

Элемент теплового канала heat pipe

Выделенную энергию из теплового резервуара отбирает теплоноситель и переносит ее дальше по системе, обеспечивая таким способом наличие горячей воды в кранах и батареях отопления. Система heat pipe легко монтируется и демонстрирует высокую эффективность при работе.

Коллектор с вакуумными трубками

В случае поломки или выхода из строя без всяких сложностей существует возможность заменить испорченный узел на новый, не прибегая к реконструкции всей системы.

Ремонтные работы можно легко осуществить прямо на месте расположения коллектора, не демонтируя агрегат и не прикладывая к работе излишних усилий.

Описание U-образного прямоточного теплообменника

Трубка прямоточного теплообменника имеет форму буквы U. Внутри циркулирует вода или рабочий теплоноситель греющей системы. Одна часть элемента предназначается для холодного теплоносителя, а вторая корректно отводит уже нагретый.

При накаливании действующий состав расширяется и поступает в бак накопления, создавая таким образом естественную циркуляцию жидкости в системе. Специальное селективное покрытие, нанесенное на внутренние стенки, увеличивает теплопоглощающую способность и повышает эффективность системы в целом.

Вакуумный солнечный коллектор в работе

Трубки U-типа демонстрируют высокую производительность и дают солидную теплоотдачу, но при этом имеют один существенный недостаток. Они составляют одну целостную конструкцию с manifold’ом и всегда монтируются вместе с ним.

Заменить отдельную одиночную трубку, вышедшую из строя, не получится. Для ремонта потребуется демонтировать весь комплекс полностью и на его место поставить новый.

Сравнение различных модификаций

При изготовлении гелиоагрегатов тепловые каналы и вакуумные стеклянные трубки для солнечных коллекторов комбинируют в самых разных сочетаниях.

Самой большой популярностью у потребителей пользуются коаксиальные модели с тепловым каналом heat pipe. Покупателей привлекает лояльная цена приборов и очень простое, доступное обслуживание в течение всего срока эксплуатации.

Вакуумный солнечный коллектор с каналом heat pipe

Вакуумные приборы с каналами heat pipe демонстрируют высокую надежность и не имеют никаких ограничений по использованию даже в высоконапорных гелиотермальных комплексах.

Приборы с коаксильной колбой, содержащей прямоточные U-образные каналы, тоже входят в перечень востребованных. Их характеризуют такие параметры, как низкая теплопотеря и КПД от 70% и выше.

Вакуумный прибор с U-каналом

Ситуацию несколько портят: сложный процесс ремонта, специфическое обслуживание в процессе эксплуатации и невозможность заменить отдельный испорченный узел. Если с прибором что-то случается, его демонтируют и на место ставят абсолютно новый коллектор.

Перьевые трубки конструкционно представляют собой одинарный цилиндр из стекла с утолщенными прочными стенками (в зависимости от производителя от 2,5 мм и выше). Содержащаяся внутри вставка из перьевого абсорбента плотно облегает рабочий канал, изготовленный из теплопроводящего металла.

Почти безупречную изоляцию создает вакуумное пространство внутри стеклянной емкости. Абсорбент передает поглощенное тепло без потерь и обеспечивает системе КПД до 77%.

Перьевая колба для коллектора

Модели с перьевым элементом стоят несколько дороже, нежели коаксиальные, но за счет высокой эффективности обеспечивают полноценный комфорт в помещении и быстро окупаются.

Наиболее эффективными и производительными являются перьевые колбы с внутренними прямоточными каналами. Их фактический КПД порой достигает рекордных показателей в 80%.

Монтаж перьевых трубок

Цена изделий довольно высока, а при проведении ремонта обязательно требуется сливать из системы весь теплоноситель и только потом приступать к устранению неполадок.

Каким должен быть теплосборник?

Теплосборник – еще один очень важный рабочий элемент вакуумного коллектора. Посредством этого узла осуществляется передача накопленного тепла от трубок к теплоносителю.

Теплосборник располагают в верхней части прибора. Один из его компонентов, медный сердечник, принимает энергию и передает ее основному теплоносителю, циркулирующему в замкнутой системе «теплообменник бака-коллектор».

Корректную работу гарантирует подключенный к системе циркуляционный насос. Управляющая греющим комплексом автоматика, четко следит за уровнем температуры в каналах и, в случае ее падения ниже допустимого критического минимума (например, в ночное время суток), останавливает работу насоса.

Это позволяет избежать обратного прогрева, когда теплоноситель начинает забирать тепло горячей воды, собравшейся в накопительном баке.

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:

  • 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.

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

Вакуумные коллекторы

Сборка агрегата своими руками

Процесс сборки вакуумного коллектора начинают с изготовления рамы-подложки для рабочих элементов. Ее монтируют сразу в том месте, которое выделено под агрегат.

Размер и габариты рамы целиком и полностью зависят от модели, которую планируется сделать, и обычно прописываются в инструкции, находящейся среди сопроводительных документов к компонентам.

Установка на крыше рамы под коллектор

Места прилегания рамы к поверхности крыши дополнительно фиксирую герметиком, чтобы в будущем через отверстия в дом не попадала вода. Затем к месту монтажа доставляют накопительный бак и шурупами крепят его на верхней части рамы.

На следующем этапе собирают ТЭН, температурный датчик и автоматизированный воздухоотвод. Все вспомогательные узлы и сопутствующие детали ставят на идущие в комплекте смягчающие прокладки. Для крепления температурного датчика используют торцевой ключ.

Далее обустраивают подвод водопроводных коммуникаций. Для этой цели берут трубы из любого материала, стойкого к низким температурным показателям и способного выдерживать до 95°С. Хорошо себя зарекомендовали полипропиленовые трубы и фитинги.

Полипропиленовые трубы и комплектующие

Подключив водопровод, накопительный бак наполняют водой и тестируют на герметичность. Если в течение 3-4 часов где-то обнаружились утечки, их устраняют.

В конце устанавливают греющие элементы. Для этого медную трубку оборачивают алюминиевым листом и помещают в вакуумную трубку из стекла. Снизу на колбу одевают фиксирующую чашку и пыльник из прочной, гибкой резины.

Верхний медный наконечник трубки до упора вдвигают в латунный конденсатор. Вязкую термоконтактную смазку с труб не удаляют. Защелкивают фиксирующий механизм на кронштейне и по этому же принципу монтируют все оставшиеся стеклянные трубки.

Вакуумный коллектор под снегом

На конструкцию ставят монтажный блок, подводят к нему электропитание в 220 вольт и присоединяют к системе три вспомогательных блока – ТЭН, воздухоотвод и температурный датчик.

Последним подключают контроллер, предназначенный для корректного управления комплексом. В меню контроллера вносят желаемые параметры работы и запускают систему в стандартном режиме.

Пошаговый инструктаж по сооружению солнечного коллектора приведен в этой статье.

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.

Вакуумный коллектор на крыше

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.

Солнечные коллекторы

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.

На сайте есть подборка статей по обустройству солнечной системы отопления, советуем ознакомиться:

Выводы и полезное видео по теме

Подробное, детальное описание вакуумной трубки, принципа ее работы и особенностей функционирования солнечного коллектора в целом. Автор рассказывает о некоторых интересных нюансах и показывает, что установка может стать реальной альтернативой газовому котлу.

Интересная информация о работе солнечного коллектора в зимний период времени.

Как правильно смонтировать вакуумный солнечный коллектор своими руками в домашних условиях. Все нюансы процесса, рекомендации и полезные советы.

Зная базовый принцип работы трубчатого вакуумного солнечного коллектора, можно собрать агрегат собственноручно. Установка будет полностью соответствовать личным индивидуальным требованиям и нуждам.

Это не слишком трудное занятие, однако оно требует повышенного внимания, скрупулезности и определенных навыков, иначе риск повредить целостность колбы и нарушить ее герметичность значительно возрастает.

Всем заинтересованным в вопросе выбора, установки или самостоятельной сборки солнечного коллектора предлагаем оставлять комментарии и задавать вопросы. Форма для связи расположена в нижнем блоке.

Источник