Vakuuminis saulės kolektorius: veikimo principas + kaip surinkti pačiam

Karšto vandens tiekimui ir patalpų šildymui išleidžiama nemažai lėšų. Tačiau yra alternatyvus energijos šaltinis – vakuuminis saulės kolektorius. Ar esate apie tokį girdėję? Jis leidžia ženkliai sumažinti finansines išlaidas komforto palaikymui, užtikrindamas maksimalų šildymo efektą esant minimaliems šilumos nuostoliams.

Šį įrenginį galima įsigyti iš buitinės įrangos gamintojų arba surinkti savarankiškai namų sąlygomis. Norint pasirinkti tinkamą modelį, teks išstudijuoti nemažai informacijos. Mes padėsime jums apsispręsti dėl pagrindinių pirkimo kriterijų.

Straipsnyje bus kalbama apie vakuuminio kolektoriaus veikimo principą ir įrenginį. Papasakosime apie įvairių modelių konstrukcines ypatybes, aptarsime šių įrenginių privalumus ir trūkumus. Be to, išsamiai aprašysime, kaip pasigaminti ir įrengti vakuuminį saulės kolektorių savarankiškai.

Medžiaga papildyta vaizdo įrašais, iš kurių sužinosite apie svarbias vakuuminių kolektorių ypatybes ir veikimo principus.

Vakuuminio agregato veikimo principas

Nuo įprastų heliosistemų vakuuminis saulės kolektorius skiriasi saulės energijos perdirbimo būdu. Klasikinė baterija tiesiog priima šviesą ir paverčia ją elektra. Tuo tarpu kolektorius sudarytas iš stiklinių vamzdelių su viduje sukurtu vakuumu. Į vieningą sistemą jie sujungiami specialiais jungiamaisiais mazgais.

Kiekvieno vamzdelio viduje yra kanalas iš vieno arba dviejų varinių strypų su šilumnešiu. Gaudydamas saulės spindulius, veikiantis elementas šildo šilumnešio medžiagą, taip užtikrindamas kolektoriaus veikimą.

Dėl tokios konstrukcijos energijos atidavimo lygis ženkliai padidėja, o šilumos nuostoliai gerokai sumažėja, kadangi vakuuminis sluoksnis leidžia išlaikyti apie 95 % sugautos saulės energijos.

Vakuuminis saulės kolektorius, įrengtas ant privataus namo stogo, ištisus metus aprūpins gyventojus karštu vandeniu, o šaltuoju sezonu leis patogiai šildyti patalpą, neišleidžiant tam didelių finansinių išteklių.

Be to, sumažėja kolektoriaus našumo priklausomybė nuo sezoniškumo, aplinkos temperatūros ir įvairių oro sąlygų, tokių kaip: vėjo gūsiai, kintantis debesuotumas, krituliai ir pan.

Kaip sudarytas vakuuminio tipo kolektorius?

Šiuolaikiniai vakuuminiai prietaisai, aprūpinantys patalpas šiluma ir karštu vandeniu naudodami saulės energiją, technologiškai skiriasi.

Kolektoriai skirstomi į šiuos tipus:

• vamzdinis be stiklinės apsauginės dangos;
• modulis su sumažinta konversija;
• standartinis plokščias variantas;
• įrenginys su permatoma termoizoliacija;
• oro agregatas;
• plokščias vakuuminis kolektorius.

Vakuuminis saulės kolektorius gali užtikrinti karšto vandens tiekimą ir šildymą bet kuriuo metų laiku ir bet kokiu oru (+)

Visi jie turi bendrų konstrukcinių panašumų, todėl sudaryti iš:

• išorinio skaidraus vamzdžio, iš kurio visiškai išsiurbtas oras;
• šildomo vamzdžio, esančio dideliame vamzdyje, kuriame juda skystas arba dujinis šilumnešis;
• vieno ar dviejų surinkimo skirstytuvų, prie kurių jungiami didesnio kalibro vamzdžiai ir įeina plonų, viduje esančių vamzdelių cirkuliacinis kontūras.

Visa konstrukcija šiek tiek primena termosą su permatomomis sienelėmis, kuriame išlaikytas precedento neturintis aukštas šiluminės izoliacijos lygis. Dėl šios ypatybės vidinio vamzdelio korpusas įgyja galimybę kokybiškai įšilti ir visapusiškai atiduoti energijos išteklių viduje cirkuliuojančiam šilumnešiui.

Konstrukciniai niuansai ir klasifikacija

Vakuuminiai kolektoriai klasifikuojami pagal konstrukcijoje sumontuotų stiklinių vamzdelių tipą arba pagal šilumos kanalų charakteristikas. Vamzdeliai paprastai būna koaksialiniai ir plunksniniai, o šilumos kanalai – U formos tiesioginio srauto ir heat pipe tipo.               .

Koaksialinių vamzdelių charakteristika

Koaksialiniai vamzdeliai yra dviguba stiklinė kolba-termosas su dirbtinai sukurtu tarp sienelių vakuuminiu tarpu. Vidinė vamzdelio pusė turi specialios šilumą sugeriančios dangos sluoksnį, todėl faktinis šilumos perdavimas vyksta tiesiai nuo stiklinės kolbos sienelių.

Koaksialiniai vamzdeliai gaminami iš didelio stiprumo stiklo, pagrįsto boro silikatais, pasižyminčio dideliu šviesos pralaidumu. Elementai, priklausomai nuo gamintojo, turi iki trijų magnetroninio padengimo sluoksnių, demonstruoja puikų tvirtumą ir atsparumą įvairiems atmosferos reiškiniams (lietus, kruša ir kt.), atlaiko 1 MPa slėgį ir patikimai tarnauja 15 metų.

Kaip sugeriantį elementą į stiklinį vamzdelį įlituojamas varinis vamzdelis, kuriame yra eterio mišinys. Kaitinant jis išgaruoja, efektyviai atiduoda šilumą, kondensuojasi ir nuteka į apatinę vamzdelio dalį. Tada ciklas kartojasi, taip sukuriant nenutrūkstamą šilumos mainų procesą.

Plunksninių vamzdelių ypatybės

Vakuuminiai plunksniniai vamzdeliai turi didesnį sienelių storį nei koaksialiniai ir susideda ne iš dviejų, o iš vienos kolbos. Vidinis absorbcinis elementas iš vario yra aprūpintas per visą ilgį tvirtu stiprintuvu – gofruota plokšte su aukšto lygio energiją sugeriančia danga.

Dėl tokios konstrukcinės ypatybės vakuumas yra tiesiai šilumos kanale, kurio dalis kartu su absorbentu integruojama tiesiai į kolbą.

Plunksninis vakuuminis vamzdelis viduje turi plokštę, savo forma primenančią plunksną. Pagal naudingumo koeficientą viršija savo koaksialinio analogo galimybes, tačiau turi žymiai didesnę kainą ir yra sunkiai pakeičiamas, pažeidus kolbos vientisumą ar sugedus šildymo elementui.

Kolektoriai, pagaminti plunksninių vakuuminių vamzdelių pagrindu, laikomi efektyviausiais savo klasėje, puikiai atlieka pavestas užduotis ir patikimai tarnauja daugelį metų.

Šiluminio kanalo heat pipe veikimo principas

Šiluminiai heat pipe kanalai sudaryti iš uždarų vamzdelių, kuriuose yra lengvai garuojantis skystas mišinys. Veikiamas saulės spindulių, jis įšyla, pereina į kanalo viršutinę dalį ir susikaupia specialiame šilumos rinktuve (manifold).

Darbinis skystis tuo metu atiduoda visą sukauptą šilumą ir vėl nusileidžia žemyn, kad atnaujintų procesą.

Heat-pipe šilumokaičio gilzė sujungiama su manifoldo šilumokaičiu per specialų lizdą, įlituotą į patį 1-vamzdį šilumokaitį, arba apgaubiama 2-vamzdžiu šilumokaičiu.

Šiluminio kanalo heat pipe darbinis elementas gaminamas iš vario, retesniais atvejais – iš aliuminio. Pasižymi dideliu atsparumu eksploatacinėms apkrovoms, patikimai tarnauja 15 metų, turi pagrįstą kainą ir yra vienas populiariausių šiuolaikinių vakuuminių saulės sistemų vamzdinių elementų.

Iš šiluminio rezervuaro išskirtą energiją atima šilumnešis ir perneša ją toliau sistema, taip užtikrindamas karšto vandens tiekimą čiaupuose ir šildymo radiatoriuose. Heat pipe sistema lengvai montuojama ir demonstruoja aukštą efektyvumą darbo metu.

Kolektoriai, aprūpinti heat pipe vakuuminiais vamzdeliais, pasižymi geru patikimumo lygiu ir tinka naudoti ne tik buityje, bet ir aukšto slėgio saulės šiluminėse sistemose.

Gedimo ar sugedimo atveju be jokių sunkumų yra galimybė pakeisti sugadintą mazgą nauju, nerekonstruojant visos sistemos.

Remonto darbus galima lengvai atlikti tiesiai kolektoriaus vietoje, neišmontuojant agregato ir nededant per daug pastangų.

U formos tiesioginio srauto šilumokaičio aprašymas

Tiesioginio srauto šilumokaičio vamzdelis yra U raidės formos. Viduje cirkuliuoja vanduo arba šildymo sistemos darbinis šilumnešis. Viena elemento dalis skirta šaltam šilumnešiui, o antroji tinkamai nukreipia jau pašildytą.

Kaitinant, veikiantis mišinys plečiasi ir patenka į akumuliacinį baką, taip sukurdamas natūralią skysčio cirkuliaciją sistemoje. Speciali selektyvinė danga, padengta ant vidinių sienelių, padidina šilumos absorbavimo gebą ir padidina visos sistemos efektyvumą.

Palyginti su heat-pipe tipo vamzdeliais, U formos gaminiai turi didesnį hidraulinį pasipriešinimą, kelia aukštesnius reikalavimus šilumnešiui ir yra žymiai brangesni. Kolektoriai, veikiantys su tiesioginio srauto U vamzdeliais, negali dirbti esant aukštam slėgiui ir užtikrina kokybišką šilumos perdavimą tik šiltuoju sezonu.

U tipo vamzdeliai demonstruoja aukštą našumą ir užtikrina solidų šilumos atidavimą, tačiau turi vieną esminį trūkumą. Jie sudaro vientisą konstrukciją su kolektoriumi ir visada montuojami kartu su juo.

Pakeisti atskirą sugedusią vamzdelį nepavyks. Remontui reikės visiškai išmontuoti visą kompleksą ir jo vietoje pastatyti naują.

Įvairių modifikacijų palyginimas

Gaminant saulės energijos agregatus, šiluminiai kanalai ir vakuuminiai stikliniai vamzdeliai saulės kolektoriams derinami įvairiausiais deriniais.

Didžiausiu populiarumu tarp vartotojų naudojasi koaksialiniai modeliai su heat pipe šiluminiu kanalu. Pirkėjus vilioja lojali prietaisų kaina ir labai paprasta, prieinama priežiūra per visą eksploatacijos laikotarpį.

Vakuuminis saulės kolektorius su heat pipe darbiniu kanalu puikiai taisomas. Pažeistų vamzdelių keitimas atliekamas vietoje ir nenumato sistemos išmontavimo ar perkėlimo į kitą vietą. Tačiau šilumos mainai šiuose modeliuose vyksta sudėtingai, dėl ko išėjimo naudingumo koeficientas sudaro ne daugiau kaip 65 %.

Vakuuminiai prietaisai su heat pipe kanalais demonstruoja aukštą patikimumą ir neturi jokių naudojimo apribojimų net aukšto slėgio helioterminiuose kompleksuose.

Prietaisai su koaksialine kolba, kurioje yra tiesiasraigiai U formos kanalai, taip pat įeina į paklausių sąrašą. Jiems būdingi tokie parametrai kaip maži šilumos nuostoliai ir NAC nuo 70 % ir daugiau.

Kad tinkamai veiktų, vakuuminį prietaisą su U kanalu reikia teisingai sumontuoti. Pageidautina, kad minimalus nuolydžio kampas būtų ne mažesnis kaip 20⁰. Tik tokiu atveju pavyks užtikrinti maksimalų atidavimą.

Situaciją šiek tiek gadina: sudėtingas remonto procesas, specifinė priežiūra eksploatacijos metu ir negalėjimas pakeisti atskiro sugadinto mazgo. Jei prietaisui kažkas nutinka, jis išmontuojamas ir jo vietoje pastatomas visiškai naujas kolektorius.

Plunksniniai vamzdeliai konstrukciškai yra vienas stiklinis cilindras su sustorėjusiomis tvirtomis sienelėmis (priklausomai nuo gamintojo nuo 2,5 mm ir daugiau). Viduje esantis plunksninio absorberio įdėklas tvirtai apgaubia darbinį kanalą, pagamintą iš šilumai laidaus metalo.

Beveik nepriekaištingą izoliaciją sukuria vakuuminė erdvė stiklinės talpos viduje. Absorberis perduoda sugertą šilumą be nuostolių ir užtikrina sistemai NAC iki 77 %.

Esant gedimui, kolektoriai su plunksniniais vamzdeliais yra remontuotini. Keisti visos sistemos nereikia, pakanka aptikti pažeistą mazgą, jį išmontuoti ir į jo vietą įstatyti naują.

Modeliai su plunksniniu elementu kainuoja kiek brangiau nei koaksialiniai, tačiau dėl didelio efektyvumo užtikrina visišką komfortą patalpoje ir greitai atsiperka.

Veiksmingiausi ir produktyviausi yra plunksniniai vamzdeliai su vidiniais tiesiaėsiais kanalais. Jų faktinis naudingumo koeficientas kartais siekia rekordinius 80% rodiklius.

Montuojant plunksninius vamzdelius į rėmą, ant kiekvienos detalės strypo užmaunama tvirta užspaudimo veržlė su žiedu ir karščiui atsparia tarpine. Tai užtikrina visos konstrukcijos sandarumą ir leidžia kolektoriui pilnavertiškai veikti bet kokiomis sąlygomis.

Gaminių kaina yra gana aukšta, o atliekant remontą būtina iš sistemos išleisti visą šilumnešį ir tik tada pradėti šalinti gedimus.

Koks turėtų būti šilumos surinktuvas?

Šilumos surinktuvas – dar vienas labai svarbus vakuuminio kolektoriaus darbinis elementas. Per šį mazgą vyksta sukauptos šilumos perdavimas iš vamzdelių šilumnešiui.

Šilumos surinktuvas yra įrenginio viršutinėje dalyje. Vienas iš jo komponentų, varinė šerdis, priima energiją ir perduoda ją pagrindiniam šilumnešiui, cirkuliuojančiam uždaroje sistemoje „bako-kolektoriaus šilumokaitis“.

Teisingą darbą garantuoja prie sistemos prijungtas cirkuliacinis siurblys. Šildymo kompleksą valdanti automatika aiškiai stebi temperatūros lygį kanaluose ir, jai nukritus žemiau leistino kritinio minimumo (pavyzdžiui, naktį), sustabdo siurblio darbą.

Tai leidžia išvengti atvirkštinio įkaitimo, kai šilumnešis pradeda imti šilumą iš karšto vandens, susikaupusio akumuliaciniame bake.

Vakuuminio tipo kolektorių privalumai ir trūkumai

Pagrindiniu agregatų pranašumu vadinamas praktiškai visiškas šilumos nuostolių nebuvimas eksploatacijos metu. Tai užtikrina vakuuminė terpė, kuri yra vienas kokybiškiausių natūralių izoliatorių. Tačiau privalumų sąrašas tuo nesibaigia.

Prietaisai turi ir kitų ryškių privalumų:

• darbinis efektyvumas esant žemai temperatūrai (iki -30°C);
• gebėjimas akumuliuoti temperatūrą iki 300°C;
• maksimalus galimas šiluminės energijos sugėrimas, įskaitant nematomą spektrą;
• eksploatacinis patvarumas;
• mažas jautrumas agresyviems atmosferos reiškiniams;
• maža vėjo apkrova, kurią lemia vamzdinių sistemų konstrukcinės ypatybės, leidžiančios per save praleisti skirtingo tankio oro mases;
• aukštas efektyvumo lygis regionuose, kuriuose vyrauja vidutinio ir vėsaus klimato sąlygos, o giedrų ir saulėtų dienų nedaug;
• ilgaamžiškumas laikantis pagrindinių eksploatavimo taisyklių;
• remonto prieinamumas ir galimybė keisti ne visą sistemą, o tik vieną sugedusį fragmentą.

Trūkumams priskiriamas kolektorių nesugebėjimas savaime apsivalyti nuo šerkšno, ledo, sniego ir didelė komponentų dalies kaina, kurių reikia agregato surinkimui namų sąlygomis.

Saulės kolektorius – tai efektyvus įrenginys, leidžiantis beveik be nuostolių saulės energiją paversti šilumine energija

Agregato surinkimas savo rankomis

Vakuuminio kolektoriaus surinkimo procesas pradedamas nuo pagrindo rėmo, skirto darbiniams elementams, gamybos. Jis įrengiamas iš karto toje vietoje, kuri skirta agregatui.

Rėmo dydis ir matmenys visiškai priklauso nuo modelio, kurį planuojama pagaminti, ir paprastai yra nurodomi instrukcijoje, kuri yra tarp pridedamų komponentų dokumentų.

Paruoštą rėmą po kolektoriumi pritvirtina ant stogo taip, kad jis užimtų aiškią padėtį ir nesiūbuotų. Jei pastato stogas yra šiferinis, naudojama lentjuostės sija ir stambaus kalibro stori varžtai. Kitiems stogo dangos medžiagoms naudojami įprasti inkarai.

Rėmo prisilietimo prie stogo paviršiaus vietos papildomai fiksuojamos sandarikliu, kad ateityje per angas į namą nepatektų vanduo. Tada į montavimo vietą pristatomas akumuliacinis bakas ir varžtais tvirtinamas prie viršutinės rėmo dalies.

Kitame etape surenkamas kaitinimo elementas (TEN), temperatūros jutiklis ir automatinis oro išleidimo įtaisas. Visi pagalbiniai mazgai ir susijusios detalės dedamos ant komplekte esančių minkštinančių tarpiklių. Temperatūros jutikliui tvirtinti naudojamas galinis raktas.

Toliau įrengiamas vandentiekio komunikacijų pajungimas. Šiam tikslui imami vamzdžiai iš bet kokios medžiagos, atsparios žemai temperatūrai ir galinčios atlaikyti iki 95°C. Gerai pasiteisino polipropileniniai vamzdžiai ir jungiamosios detalės.

Polipropileniniai vamzdžiai puikiai tinka saulės kolektoriaus prijungimui prie gyvenamosios patalpos vandentiekio sistemos. Armatūra pasižymi geromis fizinėmis savybėmis ir eksploataciniu patvarumu, patikimai tarnauja daugelį metų ir lengvai pakeičiama, jei atsiranda įtrūkimų ar plyšimų.

Prijungus vandentiekį, akumuliacinė talpa pripildoma vandens ir išbandoma sandarumui. Jei per 3-4 valandas kur nors aptinkama nuotėkių, jie pašalinami.

Pabaigoje sumontuojami šildymo elementai. Tam varinį vamzdelį apvyniojama aliuminio lakštu ir įdedama į stiklinę vakuuminę vamzdelį. Iš apačios ant kolbos užmaunamas fiksuojantis puodelis ir dulkių gaubtas iš tvirtos, lanksčios gumos.

Viršutinis varinis vamzdelio antgalis iki galo įstumiamas į žalvarinį kondensatorių. Klampų terminio kontakto tepalą nuo vamzdelių nepašalina. Užfiksuojamas fiksuojantis mechanizmas ant kronšteino ir tuo pačiu principu sumontuojami visi likę stikliniai vamzdeliai.

Vamzdiniai saulės kolektoriai reikalauja reguliarios priežiūros ir privalomo valymo, ypač aktyvaus sniego kritimo laikotarpiu. Jei laikomasi šių paprastų taisyklių, jie veiks ilgai ir išlaikys aukštą efektyvumo lygį per visą eksploatacijos laikotarpį.

Ant konstrukcijos sumontuojamas montažinis blokas, prie jo prijungiamas 220 voltų elektros maitinimas ir prie sistemos prijungiami trys pagalbiniai blokai – kaitinimo elementas (TEN), oro išvadas ir temperatūros jutiklis.

Paskutinis prijungiamas valdiklis, skirtas tinkamai valdyti kompleksą. Valdiklio meniu įvedami pageidaujami darbo parametrai ir sistema paleidžiama standartiniu režimu.

Žingsnis po žingsnio instrukcija, kaip pastatyti saulės kolektorių, pateikta šiame straipsnyje.

Kaip teisingai išdėstyti įrenginį?

Kad vakuuminis kolektorius galėtų pilnavertiškai veikti ir efektyviai aprūpinti gyvenamąją patalpą reikiama energija, jam būtina rasti tinkamiausią vietą ir teisingai orientuoti prietaisą pasaulio šalių atžvilgiu.

Vakuuminio tipo saulės kolektoriai yra daug praktiškesni už plokščius analogus. Kai kuri nors iš darbinių vamzdelių pažeidžiama ir sugenda, ją labai lengva pakeisti nauja. Po to sistema toliau veiks ankstesniu režimu. Jei iš karto nėra galimybės įdėti naują elementą vietoje sugadinto, tai ne bėda. Agregatas galės atlikti savo „pareigas“, net ir turint mazgą su pažeistu elementu.

Šiaurinio pusrutulio gyvenvietėms aktualu kolektorių pastatyti pietinėje namo stogo dalyje arba saulėtoje sklypo pusėje. Pageidautina užtikrinti minimalų prietaiso plokštumos nuokrypį.

Jei nėra galimybės nukreipti paviršiaus į pietus, verta rinktis iš vakarų ir rytų maksimaliai šviesų kampą atviroje erdvėje.

Aukštas vakuuminio tipo kolektoriaus darbinis efektyvumas yra dar ir dėl to, kad jis veikia pagal veidrodžio principą ir išlygina savo šiluminę galią pagal esamą saulės aukštį.

Energinis saulės kompleksas neturi būti užstojamas dūmtraukių, dekoratyvinių stogo dangos fragmentų, išsikerojusių medžių šakų ir aukštų gyvenamųjų ar techninių pastatų. Tai sumažins darbo efektyvumą ir sumažins veikiančių elementų įšilimo lygį.

Jei agregatas sumontuotas teisingai, jis užtikrins beveik vienodą šilumos atidavimą ištisus metus, nepriklausomai nuo sezono.

Jei nėra didelės patirties atliekant sudėtingus remonto-montavimo ir šaltkalvio darbus, namuose atlikti vamzdelių vakuuminimą nėra racionalu. Šis procesas yra labai imlus darbui ir reikalauja specialių žinių bei profilinės įrangos.

Be to, savarankiškai pagaminti vakuuminio tipo elementai turi daug žemesnį naudingumo koeficientą nei gamyklinės detalės. Todėl protingiausia įsigyti produkciją iš profilinio gamintojo, o vėliau namuose pabandyti surinkti kelias sekcijas.

Svetainėje yra straipsnių rinkinys apie saulės šildymo sistemos įrengimą, rekomenduojame susipažinti:

1. Saulės šildymo sistemos: šildymo saulės sistemų pagrindu įrengimo technologijų analizė
2. Privataus namo šildymas saulės baterijomis: schemos ir įrengimas
3. Lanksčios saulės baterijos: rūšys, charakteristikos + prijungimo ypatybės

Išvados ir naudingas vaizdo įrašas šia tema

Išsamus, detalus vakuuminio vamzdelio, jo veikimo principo ir viso saulės kolektoriaus funkcionavimo ypatumų aprašymas. Autorius pasakoja apie kai kuriuos įdomius niuansus ir parodo, kad įrenginys gali tapti realia alternatyva dujiniam katilui.

Įdomi informacija apie saulės kolektoriaus darbą žiemos laikotarpiu.

Kaip tinkamai sumontuoti vakuuminį saulės kolektorių savo rankomis namuose. Visi proceso niuansai, rekomendacijos ir naudingi patarimai.

Žinant pagrindinį vamzdinio vakuuminio saulės kolektoriaus veikimo principą, galima surinkti agregatą savo rankomis. Įrenginys visiškai atitiks asmeninius individualius reikalavimus ir poreikius.

Tai nėra pernelyg sudėtingas užsiėmimas, tačiau jis reikalauja padidinto dėmesio, kruopštumo ir tam tikrų įgūdžių, kitaip rizika pažeisti kolbos vientisumą ir sutrikdyti jos sandarumą žymiai padidėja.

Visiems, besidomintiems saulės kolektoriaus pasirinkimo, įrengimo ar savarankiško surinkimo klausimais, siūlome palikti komentarus ir užduoti klausimus. Susisiekimo forma yra apatiniame bloke.