Vaakumpäikesekollektor: tööpõhimõte + kuidas ise kokku panna

Sooja veevarustusele ja ruumide küttele kulutatakse märkimisväärseid summasid. Kuid on olemas alternatiivne energiaallikas – vaakumpäikesekollektor. Olete sellest kuulnud? See võimaldab oluliselt vähendada mugavuse säilitamise finantskulusid, pakkudes maksimaalset kütteefekti minimaalsete soojuskadudega.

Seadet saab osta koduseadmete tootjatelt või ise kodus kokku panna. Sobiva mudeli valimiseks on vaja tutvuda rohke teabega. Aitame Teil määrata peamised ostukriteeriumid.

Artiklis räägime vaakumkollektori tööpõhimõttest ja ehitusest. Kirjeldame erinevate mudelite konstruktsiooni eripärasid, vaatleme nende seadmete eeliseid ja puudusi. Lisaks kirjeldame üksikasjalikult, kuidas vaakumpäikesekollektori ise valmistada ja paigaldada.

Materjali täiendavad videod, millest saate teada vaakumkollektorite olulisi omadusi ja tööpõhimõtteid.

Vaakumseadme tööpõhimõte

Tavalistest päikesesüsteemidest erineb vaakumpäikesekollektor päikeseenergia muundamise viisi poolest. Klassikaline paneel lihtsalt võtab valgust ja muundab selle elektriks. Kollektor aga koosneb klaastorudest, mille sees on vaakum. Need ühendatakse ühtseks süsteemiks spetsiaalsete ühendussõlmede abil.

Iga toru sees on kanal ühest või kahest vasest vardast koos soojuskandjaga. Päikesekiiri püüdes soojendab töötav element soojuskandjat, tagades nii kollektori töö.

Tänu sellisele konstruktsioonile suureneb energia tootlikkus oluliselt ja soojuskadud vähenevad märkimisväärselt, kuna vaakumkiht võimaldab säilitada umbes 95% kogutud päikeseenergiast.

Eramaja katusele paigaldatud vaakum-päikesekollektor tagab elanikele sooja vee aastaringselt ja külmal aastaajal võimaldab mugavalt ruume kütta ilma suuri rahalisi vahendeid kulutamata.

Lisaks väheneb kollektori jõudluse sõltuvus aastaajast, ümbritsevast temperatuurist ja erinevatest ilmastikutingimustest, nagu tuuleiilid, muutuv pilvisus, sademed jne.

Kuidas on vaakumtüüpi kollektor ehitatud?

Kaasaegsed vaakumseadmed, mis varustavad ruume soojuse ja sooja veega päikeseenergia abil, erinevad tehnoloogiliselt.

Kollektorid jaotatakse järgmisteks tüüpideks:

• torukujuline ilma klaasist kaitsekatteta;
• moodul vähendatud konversiooniga;
• standardne lameversioon;
• seade läbipaistva soojusisolatsiooniga;
• õhuagregaat;
• lame vaakumkollektor.

Vaakum-päikesekollektor suudab tagada sooja veevarustuse ja kütte igal aastaajal ja igasuguse ilmaga (+)

Neid kõiki iseloomustab ühine konstruktsiooniline sarnasus, nad koosnevad:

• välimisest läbipaistvast torust, millest õhk on täielikult välja imetud;
• kuumutatavast torust, mis asub suures torus, kus liigub vedel või gaasiline soojuskandja;
• ühest või kahest kogujast jaoturist, mille külge ühendatakse suurema kaliibriga torud ning millesse siseneb peente, sees asuvate torude tsirkulatsioonikontuur.

Terviklik konstruktsioon meenutab mõneti termoskohta läbipaistvate seintega, milles on saavutatud enneolematult kõrge soojusisolatsiooni tase. Tänu sellele omadusele omandab sisetoru korpus võime kvaliteetselt soojeneda ja täielikult energiaressurssi välja anda sees ringlevale soojuskandjale.

Konstruktsiooni nüansid ja klassifikatsioon

Vaakumkollektoreid klassifitseeritakse konstruktsioonis paigaldatud klaastorude tüübi või soojuskanalite omaduste järgi. Torud on tavaliselt koaksiaal- ja sulgtorud, soojuskanalid aga U-kujulised läbivoolu- ja heat pipe tüüpi.

Koaksiaaltorude omadused

Koaksiaaltorud on kahekordne klaasist termospudel, mille seinte vahel on tehislik vaakumruum. Toru sisepinnal on spetsiaalne soojust neelav kate, mistõttu toimub soojuse ülekanne otse klaaskolvi seintelt.

Koaksiaaltorusid valmistatakse borsilikaatidel põhinevast suure tugevusega klaasist, millel on kõrge valguse läbilaskvus. Olenevalt tootjast on elementidel kuni kolm kihti magnetronpihustust, need on suurepärase tugevusega ja vastupidavad erinevatele ilmastikunähtustele (vihm, rahe jne), taluvad rõhku 1 MPa ja teenivad usaldusväärselt 15 aastat.

Neelava elemendina joodetakse klaastorusse vasktoru, mis sisaldab eeterlikku koostist. Kuumutamisel see aurustub, annab tõhusalt oma soojuse ära, kondenseerub ja voolab toru alumisse ossa. Seejärel tsükkel kordub, luues pideva soojusvahetusprotsessi.

Sulgjaltorude eripärad

Vaakum-sulgtorud on paksemate seintega kui koaksiaaltorud ja koosnevad mitte kahest, vaid ühest kolvist. Sisetorus olev vaskne absorptsioonielement on kogu pikkuses varustatud tugevdusega – gofreeritud plaadiga, millel on kõrgetasemeline energiat neelav kate.

Tänu sellisele konstruktsioonilisele omadusele paikneb vaakum otse soojuskanalis, mille osa koos absorbendiga on integreeritud otse kolbi.

Sulgtüüpi vaakumtoru sees on plaat, mis oma kujult meenutab sulge. Kasuteguri poolest ületab see oma koaksiaalse analoogi võimalusi, kuid on oluliselt kallim ja seda on keeruline asendada kolvi kahjustuse või kütteelemendi rikke korral.

Sulgtüüpi vaakumtorudel põhinevaid kollektoreid peetakse oma klassi kõige tõhusamateks, nad täidavad suurepäraselt oma ülesandeid ja teenivad usaldusväärselt aastaid.

Heat pipe soojuskanali tööpõhimõte

Heat pipe'i soojuskanalid koosnevad suletud torudest, mis sisaldavad kergesti aurustuvat vedelat koostist. Päikesekiirte mõjul see soojeneb, liigub kanali ülemisse ossa ja koondub seal spetsiaalsesse soojuskogujasse (manifold).

Töövedelik annab sel hetkel kogu kogunenud soojuse ära ja laskub taas alla protsessi uuendamiseks.

Heat-pipe soojusvaheti hülss ühendatakse manifold'i soojusvahetiga spetsiaalse pesa kaudu, mis on joodetud 1-torulisse soojusvahetisse või mida ümbritseb 2-toruline soojusvaheti.

Heat pipe'i soojuskanali tööelement valmistatakse vasest, harvematel juhtudel alumiiniumist. See näitab üles kõrget vastupidavust töökoormustele, teenib usaldusväärselt 15 aastat, on mõistliku hinnaga ja on üks populaarsemaid elemente tänapäevastes torutüüpi vaakum-päikesekollektorites.

Soojuskandja võtab soojusreservuaarist eraldatud energia ja kannab selle edasi mööda süsteemi, tagades sel viisil kuuma vee olemasolu kraanides ja kütteradiaatorites. Heat pipe'i süsteemi on lihtne paigaldada ja see demonstreerib töös kõrget efektiivsust.

Heat pipe'i vaakumtorudega varustatud kollektorid eristuvad hea usaldusväärsuse taseme poolest ja sobivad kasutamiseks mitte ainult koduses majapidamises, vaid ka kõrgsurvelistes päikese soojussüsteemides.

Rikke või töövõimetuse korral on võimalik ilma igasuguste raskusteta vahetada rikkis olev sõlm uue vastu, ilma et peaks kogu süsteemi rekonstrueerima.

Remonditöid saab hõlpsasti teostada kollektori asukohas, ilma seadet lahti võtmata ja tarbetuid jõupingutusi tegemata.

U-kujulise otsevoolu soojusvaheti kirjeldus

Läbivoolusoojusvaheti toru on U-tähe kujuline. Selles ringleb vesi või küttesüsteemi töövedelik. Üks osa elemendist on mõeldud külmale vedelikule, teine aga juhib juba soojendatu korrektselt välja.

Kuumutamisel töökoostis paisub ja siseneb akumulatsioonipaaki, luues sel viisil vedeliku loomuliku tsirkulatsiooni süsteemis. Sise seintele kantud spetsiaalne selektiivne kate suurendab soojusneelduvust ja tõstab süsteemi üldist efektiivsust.

Võrreldes heat-pipe tüüpi torudega on U-kujulised tooted suurema hüdraulilise takistusega, esitavad kõrgemaid nõudmisi soojuskandjale ja on märgatavalt kallimad. Läbivoolu U-torudel põhinevad kollektorid ei saa töötada kõrge rõhu all ja tagavad kvaliteetse soojusülekande ainult sooja hooaja jooksul.

U-tüüpi torud näitavad üles kõrget jõudlust ja annavad märkimisväärse soojusülekande, kuid neil on üks oluline puudus. Need moodustavad ühtse tervikliku konstruktsiooni manifoldiga ja paigaldatakse alati koos sellega.

Üksikuid rikki läinud torusid ei saa asendada. Remondiks tuleb kogu kompleks täielikult lahti võtta ja selle asemele paigaldada uus.

Erinevate modifikatsioonide võrdlus

Päikeseenergia agregaatide valmistamisel kombineeritakse soojuskanaleid ja vaakumklaastorusid päikesekollektorite jaoks mitmesugustes kombinatsioonides.

Tarbijate seas on kõige populaarsemad koaksiaalsed mudelid heat pipe soojuskanaliga. Ostjaid köidab seadmete soodne hind ja väga lihtne ning kättesaadav hooldus kogu kasutusea jooksul.

Heat pipe töökanaliga vaakum-päikesekollektorit saab suurepäraselt remontida. Kahjustatud torude vahetamine toimub kohapeal ega nõua süsteemi lahtivõtmist ega teise kohta üleviimist. Küll aga toimub soojusvahetus nendes mudelites keeruliselt, mistõttu on väljundkasutegur (KPD) mitte rohkem kui 65%.

Heat pipe kanalitega vaakumseadmed näitavad üles kõrget töökindlust ega oma mingeid kasutuspiiranguid isegi kõrgsurve päikesesoojussüsteemides.

Seadmed koaksiaalkolviga, mis sisaldab läbivoolu U-kujulisi kanaleid, kuuluvad samuti nõutud toodete hulka. Neid iseloomustavad sellised parameetrid nagu madal soojakadu ja kasutegur (KPD) 70% ja üle selle.

Korrektse toimimise tagamiseks tuleb U-kanaliga vaakumseade õigesti paigaldada. Soovitav on, et minimaalne kaldenurk oleks vähemalt 20⁰. Ainult sel juhul on võimalik tagada maksimaalne väljund.

Olukorda rikuvad mõnevõrra: remondi keerukas protsess, spetsiifiline hooldus kasutamise ajal ja võimetus üksikut riknenud sõlme asendada. Kui seadmega midagi juhtub, võetakse see lahti ja paigaldatakse selle asemele täiesti uus kollektor.

Sulgtorud on konstruktsiooniliselt ühekordne klaassilinder paksendatud tugevate seintega (olenevalt tootjast alates 2,5 mm ja rohkem). Sisse paigutatud sulgabsorberi sisetükk katab tihedalt töökanalit, mis on valmistatud soojust juhtivast metallist.

Peaaegu veatu isolatsiooni loob vaakumruum klaasmahuti sees. Absorber edastab neeldunud soojuse kadudeta ja tagab süsteemile kasuteguri (KPD) kuni 77%.

Rikke korral tuleb sulgtorudega varustatud kollektorid remontida. Kogu süsteemi pole vaja vahetada, piisab kahjustatud sõlme leidmisest, selle demonteerimisest ja uue paigaldamisest selle asemele.

Sulgelemendiga mudelid on mõnevõrra kallimad kui koaksiaalmudelid, kuid tänu kõrgele efektiivsusele tagavad nad ruumis täieliku mugavuse ja tasuvad end kiiresti ära.

Kõige tõhusamad ja tootlikumad on sisemiste läbivoolukanalitega sulgkolvid. Nende tegelik kasutegur ulatub vahel rekordilise 80% tasemeni.

Sulgtorude raami paigaldamisel pannakse iga detaili vardale tugev kokkusuruv mutter koos rõnga ja kuumakindla tihendiga. See tagab kogu konstruktsiooni tiheduse ja võimaldab kollektoril täielikult toimida mis tahes tingimustes.

Toodete hind on üsna kõrge ning remondi teostamisel tuleb süsteemist kogu soojuskandja välja lasta ja alles seejärel asuda rikete kõrvaldamisele.

Milline peaks olema soojuskollektor?

Soojuskoguja on veel üks väga oluline vaakumkollektori tööelement. Selle sõlme kaudu toimub kogunenud soojuse ülekanne torudelt soojuskandjale.

Soojuskoguja paikneb seadme ülaosas. Üks selle komponentidest, vask südamik, võtab energia vastu ja edastab selle peamisele soojuskandjale, mis ringleb suletud süsteemis 'paagi-kollektori soojusvaheti'.

Korrektse töö tagab süsteemiga ühendatud tsirkulatsioonipump. Küttekompleksi juhtiv automaatika jälgib täpselt kanalite temperatuuri taset ja kui see langeb alla lubatud kriitilise miinimumi (näiteks öisel ajal), peatab pumba töö.

See väldib tagasikütmist, kui soojuskandja hakkab võtma soojust akumulatsioonipaaki kogunenud kuumast veest.

Vaakumkollektorite plussid ja miinused

Seadmete peamiseks eeliseks peetakse peaaegu täielikku soojuskadude puudumist kasutamise ajal. Seda tagab vaakumkeskkond, mis on üks kvaliteetsemaid loomulikke isolaatoreid. Kuid eeliste loetelu sellega ei lõpe.

Seadmetel on ka muid silmatorkavaid eeliseid:

• efektiivsus madalatel temperatuuridel (kuni -30 °C);
• võime akumuleerida temperatuuri kuni 300 °C;
• maksimaalne võimalik soojusenergia neeldumine, sealhulgas nähtamatu spekter;
• töökindlus;
• madal vastuvõtlikkus agressiivsetele ilmastikunähtustele;
• väike tuulepüüe, mis tuleneb torusüsteemide konstruktsiooniomadustest, mis võimaldavad neil erineva tihedusega õhumasse läbi lasta;
• kõrge efektiivsus mõõduka ja jaheda kliimaga piirkondades, kus on vähe selgeid ja päikesepaistelisi päevi;
• pikaajaline kasutusiga põhiliste kasutusreeglite järgimisel;
• remonditavus ja võimalus vahetada mitte kogu süsteemi, vaid ainult ühte riknenud fragmenti.

Puudustena tuuakse välja kollektorite võimetus isepuhastuda härmatisest, jääst, lumest ning kodustes tingimustes agregaadi kokkupanekuks vajalike komponentide kõrge hind.

Päikesekollektor on tõhus seade, mis võimaldab peaaegu kadudeta muundada päikeseenergiat soojusenergiaks.

Seadme ise kokkupanek

Vaakumkollektori kokkupanemise protsess algab raami-aluspinna valmistamisega tööelementide jaoks. See paigaldatakse kohe agregaadile ettenähtud kohta.

Raami mõõtmed ja gabariidid sõltuvad täielikult mudelist, mida plaanitakse teha, ja on tavaliselt kirjas komponentide saatedokumentide hulgas olevas juhendis.

Valmis kollektoriraam kinnitatakse katusele nii, et see oleks kindlas asendis ega kõiguks. Kui hoone katus on kiltkivist, kasutatakse liistude prussi ja suure kaliibriga jämedaid kruvisid. Teiste katusematerjalide puhul kasutatakse tavalisi ankruid.

Raami katuse pinnaga kokkupuutuvad kohad fikseeritakse täiendavalt hermeetikuga, et tulevikus ei pääseks vesi läbi aukude majja. Seejärel toimetatakse paigalduskohta akumulatsioonipaak ja kinnitatakse see kruvidega raami ülemisse ossa.

Järgmisel etapil monteeritakse kütteelement, temperatuuriandur ja automatiseeritud õhuärastus. Kõik abisõlmed ja kaasnevad detailid paigaldatakse komplektis olevatele pehmendavatele tihenditele. Temperatuurianduri kinnitamiseks kasutatakse otsvõtit.

Järgnevalt korraldatakse veevarustuse ühendus. Selleks võetakse torud mis tahes materjalist, mis on vastupidav madalatele temperatuuridele ja taluvad kuni 95 °C. Hästi on end tõestanud polüpropüleentorud ja liitmikud.

Polüpropüleenist torud sobivad ideaalselt päikesekollektori ühendamiseks eluruumi veevarustussüsteemiga. Armatuuril on head füüsikalised omadused ja töövõime, see teenib usaldusväärselt aastaid ning seda on lihtne vahetada pragude või rebendite korral.

Pärast veevärgi ühendamist täidetakse akumulatsioonipaak veega ja testitakse tihedust. Kui 3–4 tunni jooksul kuskil lekkeid ilmneb, need parandatakse.

Lõpuks paigaldatakse kütteelemendid. Selleks mähitakse vasktoru alumiiniumlehega ja asetatakse klaasist vaakumtoru sisse. Altpoolt pannakse kolvile fikseeriv tops ja vastupidavast painduvast kummist tolmukaitse.

Toru ülemine vaskots lükatakse lõpuni messingkondensaatorisse. Viskoosset termokontaktmääret torudelt ei eemaldata. Fikseeriv mehhanism klõpsatakse kronsteinile ja samal põhimõttel paigaldatakse kõik ülejäänud klaastorud.

Torukujulised päikesekollektorid vajavad regulaarset hooldust ja kohustuslikku puhastamist, eriti aktiivse lumesaju perioodil. Kui neid lihtsaid reegleid järgida, töötavad nad kaua ja säilitavad kõrge efektiivsuse kogu kasutusea jooksul.

Konstruktsioonile paigaldatakse paigaldusplokk, sellele tuuakse toiteallikas 220 volti ja ühendatakse süsteemiga kolm abiplokki – kütteelement, õhutusava ja temperatuuriandur.

Viimasena ühendatakse kontroller, mis on ette nähtud kompleksi korrektseks juhtimiseks. Kontrolleri menüüsse sisestatakse soovitud tööparameetrid ja käivitatakse süsteem standardrežiimis.

Päikesekollektori ehitamise samm-sammuline juhend on toodud selles artiklis.

Kuidas seadet õigesti paigutada?

Selleks, et vaakumkollektor saaks täisväärtuslikult töötada ja varustada eluruumi tõhusalt vajaliku energiaga, tuleb sellele leida kõige sobivam koht ja seade õigesti ilmakaarte suhtes orienteerida.

Vaakumtüüpi päikesekollektorid on palju praktilisemad kui nende tasapinnalised analoogid. Kui mõni töötubadest saab kahjustada ja rikki läheb, on seda väga lihtne uuega asendada. Pärast seda jätkab süsteem tööd samas režiimis. Kui kohe pole võimalust uut elementi kahjustunu asemele panna, pole häda. Seade suudab täita oma "kohustusi" isegi kui tal on olemas sõlm kahjustatud elemendiga.

Põhjapoolkera asulate jaoks on aktuaalne paigutada kollektor maja katuse lõunaossa või krundi päikesepoolsele küljele. Soovitav on tagada seadme tasapinna minimaalne kõrvalekalle.

Kui pinda ei ole võimalik lõuna poole suunata, tuleks lääne ja ida vahel valida avatud ruumis kõige valgem nurk.

Vaakumtüüpi kollektori kõrge töötõhusus on tingitud ka sellest, et see toimib peegli põhimõttel ja reguleerib oma soojusvõimsust vastavalt päikese hetkekõrgusele.

Energiapäikesekompleksi ei tohiks varjata korstnad, katusekatte dekoratiivsed killud, puude laiuvad oksad ja kõrged elu- või tehnilised ehitised. See vähendab töö tõhusust ja alandab töötavate elementide kuumutustaset.

Kui seade on õigesti paigutatud, tagab see aastaringselt peaaegu ühesuguse soojusülekande, sõltumata aastaajast.

Kui puudub suur kogemus keerukate remondi-, paigaldus- ja lukksepatööde teostamisel, ei ole torude vaakumimine kodus otstarbekas. See protsess on väga töömahukas ja nõuab eriteadmisi ning spetsiaalset seadmeid.

Lisaks on isevalmistatud vaakumtüüpi elementidel palju madalam kasutegur kui tehaseosadel. Seetõttu on kõige mõistlikum osta tooted spetsialiseeritud tootjalt ja seejärel kodus proovida kokku panna mõned sektsioonid.

Veebilehel on valik artikleid päikeseküttesüsteemi rajamise kohta. Soovitame nendega tutvuda:

1. Päikeseküttesüsteemid: heliosüsteemidel põhineva kütte korraldamise tehnoloogiate analüüs
2. Eramu kütmine päikesepatareidega: skeemid ja seade
3. Paindlikud päikesepatareid: tüübid, omadused + ühendamise iseärasused

Järeldused ja kasulik video teemal

Üksikasjalik kirjeldus vaakumtorust, selle tööpõhimõttest ja päikesekollektori toimimise iseärasustest tervikuna. Autor räägib mõningatest huvitavatest nüanssidest ja näitab, et paigaldus võib saada gaasikatla reaalseks alternatiiviks.

Huvitav teave päikesekollektori töö kohta talvisel ajal.

Kuidas ise kodus õigesti paigaldada vaakumpäikesekollektor. Kõik protsessi nüansid, soovitused ja kasulikud nõuanded.

Teades torukujulise vaakumpäikesekollektori põhitööpõhimõtet, saab seadme ise kokku panna. Paigaldus vastab täielikult isiklikele individuaalsetele nõuetele ja vajadustele.

See ei ole liiga raske tegevus, kuid see nõuab kõrgendatud tähelepanu, põhjalikkust ja teatud oskusi, vastasel juhul suureneb oluliselt kolvi terviklikkuse kahjustamise ja selle tiheduse rikkumise oht.

Kõigile, kes on huvitatud päikesekollektori valikust, paigaldamisest või ise kokkupanemisest, soovitame jätta kommentaare ja esitada küsimusi. Tagasisidevorm asub alumises plokis.