Вакуумный солнечный коллектор для отопления дома

Оглавление статьи: Вакуумный солнечный коллектор для отопления дома
Содержание

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.

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.

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.

Видео по теме

Хорошая реклама

Добавить комментарий Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *