Солнечное тепло: горячее водоснабжение и отопление с вакуумными солнечными коллекторами

В вакуумном водонагревателе-коллекторе объем, в котором находится темная поверхность, поглощающая солнечное излучение, отделен от окружающей среды вакуумированным пространством, что позволяет практически полностью устранять потери теплоты в окружающую среду за счет теплопроводности и конвекции. Потери на излучение в значительной степени подавляются за счет применения селективного покрытия. Так как полный коэффициент потерь в вакуумном коллекторе мал, теплоноситель в нем можно нагреть до температур 120—160°С. Солнечный вакуумный коллектор обеспечивает сбор солнечного излучения в любую погоду, практически вне зависимости от внешней температуры. Коэффициент поглощения энергии таких коллекторов, при степени вакуума 10^-5…10^-6, составляет 98 %. Изоляция в виде вакуума позволяет избежать потерь тепла в самих трубках. Конечно, в реальных установках потери есть и они зависят от температуры окружающей среда, и эти потери имеют место через утепленную верхнюю часть. Вследствие этих потерь коэффициент полезного действия вакуумного коллектора составляет 65-70%, эти цифры подтверждаются сертификационными испытаниями независимых лабораторий. Эти цифры не учитывают потерь в трубопроводах от солнечного коллектора до накопительного бака — в этих элементах системы потери могут варьироваться в широком диапазоне.

Преимущества и области использования вакуумных солнечных коллекторов

Благодаря высокой теплоизоляции вакуумные солнечные коллекторы работают очень эффективно при низких температурах окружающей среды. Преимущество вакуумных коллекторов перед плоскими начинает проявляться при температуре воздуха ниже 15 градусов Цельсия. При отрицательных температурах воздуха вакуумным коллекторам альтернативы нет.

Солнечные тепловые установки на основе вакуумных коллекторов могут применяться как для горячего водоснабжения, так и для отопления дома. При этом в летнее время можно полностью получать горячую воду от солнечного нагревателя. В остальное время года за счет энергии солнца можно получать до 60% горячей воды.
Часто возникает вопрос: насколько реально отапливать дом за счет энергии солнца? К сожалению, в европейской части России о значительной доле солнечного отопления в тепловом балансе говорить не приходится. Однако, солнечная отопительная установка на основе вакуумных солнечных коллекторов может с успехом справляться с задачей поддержания минимальной заданной температуры дома весной и осенью.

В зимнее время тоже можно рассчитывать на некоторую добавку тепловой энергии для отопления. Но она будет незначительна в декабре и январе. Поэтому обычно солнечную отопительную систему рассчитывают на работу в весенне-осенний период, а зимой она будет помогать вашей основной системе отопления (на газу, дровах, биотопливе, солярке и т.п.). Также, необходимо учитывать, что система отопления в доме в этом случае должна быть низкотемпературной (теплые полы). Бетонная стяжка теплых полов также используются как теплоаккумулятор системы отопления, поэтому нет необходимости устанавливать большие теплоаккумуляторные баки.

Немного технической информации

Конструкция стеклянных вакуумных труб похожа на конструкцию термоса: одна трубка вставлена в другую, с бОльшим диаметром. Между ними вакуум, который представляет совершенную теплоизоляцию. Конвективные потери и потери на излучение, особенно ощутимые зимой, а также при высоких температурах нагреваемой воды, очень низкие. Благодаря цилиндрической форме трубок солнечные лучи падают на постоянную поверхность перпендикулярно к оси трубки. Это приводит к получению большей энергии с единицы теплоприемной поверхности, даже если солнце и светит под «неудобным» углом, во время захода и восхода солнца, например, и при разных поворотах коллектора. Вакуумными трубками используется и так называемый диффузионный свет, когда солнце закрыто облаками. Эти коллекторы с цилиндрической абсорбционной поверхностью имеют ряд неоспоримых преимуществ перед плоскими солнечными коллекторами. В любое время дня под прямым солнечным излучением постоянно находится часть абсорбирующего вещества вакуумной трубки; это как бы плоский коллектор, поворачивающийся за солнцем. При устройстве специальных отражателей эффективная воспринимающая площадь коллектора может быть в разы больше аналогичной площади плоского солнечного коллектора.

Существуют 3 основных типа вакуумных солнечных коллекторов — с заполнением внутреннего пространства теплоносителем, с тепловыми трубками и с U-образными трубками.

Вакуумный коллектор с прямой теплопередачей воде

Это самый простой тип вакуумных коллекторов. Изготавливаются только в Китае. Вакуумные трубки расположены под определенным углом и соединены с накопительным баком. Из него вода контура теплообменника течёт прямо в трубки, нагревается и возвращается обратно. К преимуществам этой системы относится непосредственная передача тепла воде без участия других элементов. Существуют также коллекторы такого типа без накопительного бака. Термосифонные системы работают на принципе явления естественной конвекции, когда теплая вода стремится вверх. В термосифонных системах бак должен быть расположен выше коллектора. Когда вода в трубках коллектора нагревается, она становится легче и естественно поднимается в верхнюю часть бака. Более прохладная вода в баке течет вниз в трубки, таким образом обеспечивается циркуляция во всей системе. В дешевых системах бак объединен с коллектором и не рассчитан на магистральное давление, поэтому термосифонные системы нужно использовать либо с подачей воды из вышерасположенной емкости, либо через уменьшающие давление редукторы. Имеет минимальное гидравлическое сопротивление. Система обязательно должна быть безнапорной (с открытым расширительным баком), чтобы на трубки не могло действовать давление. Минусом можно считать несколько больший объем воды контура теплообменника (60-200 литров). Если трубка разобьется, происходит утечка воды. Но основным преимуществом остается низкая стоимость со всеми выгодами коллектора с вакуумными трубками.

Вакуумный коллектор с прямой теплопередачей воде и встроенным теплообменником

Такой коллектор имеет все преимущества и особенности предыдущего типа коллекторов. Отличием является наличие встроенного в бак эффективного теплообменника, что позволяет подсоединить коллектор с баком к напорной сети водоснабжения. При этом в трубках по-прежнему практически нет давления. Одним из преимуществ также является возможность заполнения водонагревательного контура незамерзающей жидкостью, что позволяет использовать его и при небольших минусовых температурах (до минус 5-10 градусов). Другим преимуществом является то, что в коллекторе не откладываются соли жесткости и другие загрязнения, так как объем теплоносителя один и тот же, а расходуемая вода проходит только по внутреннему медному теплообменнику.

В последнее время такая конструкция используется редко, т.к. имеет тот же недостаток, что и предыдущая — безнапорный бак и опасность его опорожнения при нарушении прочности и герметичности соединения между вакуумными трубками и баком, а также при повреждении одной из вакуумных трубок. Сейчас в основном используются баки с гильзами, в которые вставляются тепловые трубки. Гильзы позволяют сделать бак напорным, а его герметичность больше не зависит от уплотнительных резинок и сальников. В нашем ассортименте такие коллекторы есть — см. модели STH.

Вакуумный коллектор с термотрубками

Это более сложный и более дорогой тип коллектора. Термотрубка – это закрытая медная труба с небольшим содержанием легкокипящей жидкости. Под воздействием тепла жидкость испаряется и забирает тепло вакуумной трубки. Пары поднимаются в верхнюю часть – головку, где конденсируются и передают тепло теплоносителю основного контура водопотребления или незамерзающей жидкости отопительного контура. Конденсат стекает вниз, и все повторяется снова. Приемник солнечного коллектора медный с полиуретановой изоляцией, закрыт нержавеющим листом. Передача тепла происходит через медную „гильзу“ приемника. Благодаря этому отопительный контур отделен от трубок, при повреждении одной трубки коллектор продолжает работать. Процедура замены трубок очень проста, при этом нет необходимости сливать незамерзающую смесь из контура теплообменника.

Другим важным преимуществом коллекторов с тепловыми трубками является их способность работать при температурах до -35°С (полностью стеклянные коллекторы с тепловыми трубками) или даже до -50°С (коллекторы с металлическими тепловыми трубками).

Обычно испарение начинается при температуре трубки более 30°С, таким образом при низких температурах трубка как бы «запирается» и не происходит потерь тепла через коллектор (например ночью или в пасмурную погоду).

При этом коллектор помещается снаружи помещения, а все остальное оборудование — внутри дома, что способствует минимизации теплопотерь. (См. описание схемы системы с активной циркуляцией теплоносителя)

Спецификация стеклянных вакуумированных трубчатых коллекторов

• 

  1)Строение: стеклянная двойная трубка
• 2)Материал: боросиликатное стекло
• 3)Коэффициент поглощения абсорбера: более 0.92
• 4)Коэффициент излучения абсорбера: менее 0.08 (80ºС)
• 5)Давление: <5*10-3 Па
• 6)Коэффициент температуры стагнации >230 м²*ºС/кВт
• 7)Коэффициент теплопотерь: менее 0,8 Вт/м²*ºС
• 8)Срок службы: более 15 лет

Спецификация:

• Коллектор (внутри): медь
• Коллектор (снаружи): сплав алюминия
• Параметры стеклянных трубок: 58мм*1.8мм/47мм*1.5мм
• Суточная эффективность: более 55% (более 42% зимой)
• Сопротивление: 25 мм
• Максимальное давление: 12 Бар
• Покрытие вакуумных трубок: ALN/AIN-SS/CU
• Тепловые трубки работают при температуре более 35ºС

Из предлагаемых нашей компанией коллекторов такой тип имеют вакуумный коллектор с тепловыми трубками.

«Ваш Солнечный Дом» разрабатывает, комплектует и поставляет готовые системы солнечного теплоснабжения, как с пассивной, так и с активной циркуляцией теплоносителя. Описание этих систем вы можете найти в соответствующих разделах нашего сайта. Заказ и покупка осуществляется через Интернет-магазин.

Эта статья прочитана 20434 раз(а)!

Продолжить чтение