Принцип роботи вакуумного сонячного колектора з трубками

На гаряче водопостачання та опалення промислових і житлових приміщень витрачаються чималі кошти. Альтернативне джерело енергії – вакуумний сонячний колектор – дозволяє істотно знизити фінансові витрати на підтримку комфорту і забезпечує максимальний гріє ефект при мінімальних тепловтрат. Прилад можна купити у виробників побутового обладнання або зібрати самостійно в домашніх умовах.

Принцип роботи вакуумного агрегату

Від звичайних геліосистем вакуумний сонячний колектор відрізняється способом переробки сонячної енергії. Класична батарея просто приймає світло і перетворює його в електрику. Колектор ж складається з скляних трубок з відтвореним всередині вакуумом. В єдину систему вони об’єднуються за допомогою спеціальних стикувальних вузлів.

Усередині кожної трубки розташовується канал з одного або двох мідних стрижнів з теплоносієм. Вловлюючи сонячні промені, діючий елемент нагріває матеріал-теплоносій, таким способом забезпечуючи роботу колектора.


Вакуумний сонячний колектор, розміщений на даху приватного будинку, буде забезпечувати гарячою водою мешканців протягом усього року, а в сезон холодів дозволить комфортно опалювати приміщення, не витрачаючи на це великих фінансових коштів

За рахунок такої конструкції рівень енерговіддачі значно зростає, а тепловіддача істотно знижується, так як вакуумна прошарок дозволяє зберегти близько 95% вловлюється сонячної енергії.

Крім того, зменшується залежність продуктивності колектора від сезонності, температури навколишнього середовища і різних погодних умов, як то: пориви вітру, мінлива хмарність, випадання опадів і ін.

Як влаштований колектор вакуумного типу

Сучасні вакуумні прилади, що забезпечують приміщення теплом і гарячою водою за рахунок сонячної енергії, технологічно дещо різняться і підрозділяються на такі види, як:

  • трубчастий без скляного захисного покриття;
  • модуль з скороченої конверсією;
  • стандартний плоский варіант;
  • пристрій з прозорою теплоізоляцією;
  • повітряний агрегат;
  • плоский вакуумний колектор.

Всі вони мають загальне конструктивне схожість, так складаються з:

  • зовнішньої прозорої труби, звідки повністю викачане повітря;
  • нагрівається патрубка, розташованого в великій трубі, де переміщається рідкий або газоподібний теплоносій;
  • одного або двох збірних розподільників, до яких приєднуються труби більшого калібру і входить циркуляційний контур тонких, розміщених всередині, трубок.

Вся система чимось нагадує термос з прозорими стінками, в якому витриманий безпрецедентно високий рівень теплової ізоляції. Завдяки цій особливості корпус внутрішньої трубки набуває здатності якісно прогріватися і повноцінно віддавати енергетичний ресурс циркулюючому всередині теплоносія.

Конструкційні нюанси і класифікація

Колектори вакуумного типу класифікують за видом скляних трубок, встановлених в конструкції, або за характеристиками теплових каналів. Трубки зазвичай бувають коаксіальними і пір’яними, а теплові канали – U-образними прямоструминними і heat pipe типу. .

Характеристика коаксіальних трубок

Коаксіальні трубки являють собою подвійну скляну колбу-термос з штучно створеним між стінками вакуумним простором. Внутрішня поверхня трубки має шар спеціального теплопоглащающего покриття, тому фактична передача тепла відбувається безпосередньо від стінок скляної колби.


Коаксильниє трубки роблять з високоміцного скла на основі боросилікат, що володіє високою светопропускной здатністю. Елементи, в залежності від виробника, мають до трьох шарів магнетронного напилення, демонструють відмінну міцність і стійкість до різних атмосферних проявів (дощ, град та ін.), Витримують тиск в 1 Mpa і надійно служать протягом 15 років

Як поглинає елемента в скляну трубку впаивают мідну трубку, що містить ефірний склад. В процесі нагрівання він випаровується, ефективно віддає своє тепло, конденсується і стікає на нижню частину трубки. Потім цикл повторюється, створюючи таким чином безперервний процес теплообміну.

Особливості пір’яних трубок

Вакуумні пір’яні трубки мають велику товщину стінок, ніж коаксіальні, і складаються не з двох, а з однієї колби. Внутрішній абсорбційний елемент з міді забезпечується по всій довжині міцним підсилювачем – гофрованої пластиною з високорівневих енергопоглинаючим напиленням.

Завдяки такій конструкційної особливості вакуум розташовується безпосередньо в тепловому каналі, частину якого разом з абсорбентом інтегрується безпосередньо в колбу.


Пір’яна вакуумна трубка всередині містить пластину, своєю формою нагадує перо. За рівнем ККД перевищує можливості свого коаксіального аналога, але має значно вищу вартість і складно замінюється в разі порушення цілісності колби або виходу з ладу гріє елемента

Колектори, виготовлені на основі пір’яних вакуумних трубок, вважаються найбільш ефективними в своєму класі, відмінно справляються з поставленими завданнями і надійно служать протягом багатьох років.

Принцип роботи теплового каналу heat pipe

Теплові канали heat pipe складаються із закритих трубок, що містять легко випаровується рідкий склад. Під впливом сонячних променів він прогрівається, переходить у верхню область каналу і зосереджується там в спеціальному теплосборник (manifold). Робоча рідина в цей момент віддає все накопичене тепло і знову опускається вниз для відновлення процесу.

Гільза теплообмінника heat-pipe з’єднується з теплообмінником manifold’а за допомогою спеціального гнізда, впаянного в сам в 1-трубний теплообмінник, або охоплена 2-трубним теплообмінником.


Робочий елемент теплового каналу heat pipe виготовляється з міді, в більш рідкісних випадках – з алюмінію. Проявляє високу стійкість до експлуатаційним навантаженням, надійно служить протягом 15 років, має розумну вартість і є одним з найпопулярніших елементів сучасних вакуумних геліосистем трубчастого типу

Виділену енергію з теплового резервуара відбирає теплоносій і переносить її далі по системі, забезпечуючи таким способом наявність гарячої води в кранах і опалення в батареях. Система heat pipe легко монтується і демонструє високу ефективність при роботі.


Колектори, оснащені вакуумними трубками heat pipe, відрізняються гарним рівнем надійності і підходять для використання не тільки в побуті, але і в високонапірних геліотермальних системах

У разі поломки або виходу з ладу без всяких складнощів існує можливість замінити зіпсований вузол на новий, не вдаючись до реконструкції всієї системи. Ремонтні роботи можна легко здійснити прямо на місці розташування колектора, що не демонтуючи агрегат і не прикладаючи до роботи зайвих зусиль.

Опис U-образного прямоточного теплообмінника

Трубка прямоточного теплообмінника має форму літери U. Всередині циркулює вода або робочий теплоносій гріє системи. Одна частина елемента призначається для холодного теплоносія, а друга коректно відводить вже нагріте.

При прожарюванні діючий склад розширюється і надходить в бак накопичення, створюючи таким чином природну циркуляцію рідини в системі. Спеціальне селективне покриття, нанесене на внутрішні стінки, збільшує теплопоглинальних здатність і підвищує ефективність системи в цілому.


У порівнянні з трубками heat-pipe типу, U-образні вироби мають велику гідравлічну опірність, пред’являють підвищені вимоги до теплоносія і коштують значно дорожче. Колектори, що функціонують на прямоточних U-трубках, не можуть працювати під високим тиском і забезпечують якісну тепловіддачу тільки в період теплого сезону

Трубки U-типу демонструють високу продуктивність і дають солідну тепловіддачу, але при цьому мають один суттєвий недолік. Вони складають одну цілісну конструкцію з manifold’ом і завжди монтуються разом з ним. Замінити окрему одиночну трубку, що вийшла з ладу, не вийде. Для ремонту потрібно демонтувати весь комплекс повністю і на його місце поставити новий.

Модифікаційні особливості приладів

При виготовленні геліоагрегатов теплові канали та вакуумні скляні трубки для сонячних колекторів комбінують в самих різних поєднаннях. Найбільшою популярністю у споживачів користуються коаксіальні моделі з тепловим каналом heat pipe. Покупців приваблює лояльна ціна приладів і дуже просте, доступне обслуговування протягом всього терміну експлуатації.


Вакуумний сонячний колектор з робочим каналом heat pipe прекрасно ремонтується. Заміна пошкоджених трубок здійснюється на місці і не передбачає демонтажу системи або перенесення її на інше місце. Однак теплообмін в цих моделях здійснюється складно, за рахунок чого і ККД на виході становить не більше 65%

Вакуумні прилади з каналами heat pipe демонструють високу надійність і не мають ніяких обмежень по використанню навіть в високонапірних геліотермальних комплексах.

Прилади з коаксильной колбою, що містить прямоточні U-образні канали, теж входять до переліку затребуваних. Їх характеризують такі параметри, як низька тепловіддача і ККД від 70% і вище.


Для коректного функціонування, вакуумний прилад з U-каналом потрібно правильно встановити. Бажано, щоб мінімальний кут нахилу становив не менше 20 ?. Тільки в такому варіанті вийде забезпечити максимальну віддачу

Ситуацію дещо псують складний процес ремонту, специфічне обслуговування в процесі експлуатації і неможливість замінити окремий зіпсований вузол. Якщо з приладом щось трапляється, його демонтують і на місце ставлять абсолютно новий колектор.

Пір’яні трубки конструкційно є одинарний циліндр зі скла з потовщеними міцними стінками (в залежності від виробника від 2,5 мм і вище). Інформація, що міститься всередині вставка з пір’яного абсорбенту щільно облягає робочий канал, виготовлений з теплопроводящей металу.

Майже бездоганну ізоляцію створює вакуумний простір усередині скляній ємності. Абсорбент передає поглинене тепло без втрат і забезпечує системі ККД до 77%.


У разі несправності колектори, оснащені пір’яними трубками, підлягають ремонту. Міняти всю систему не потрібно, достатньо виявити пошкоджений вузол, демонтувати його і поставити на це місце новий

Моделі з пір’яним елементом коштують трохи дорожче, ніж коаксіальні, але за рахунок високої ефективності забезпечують повноцінний комфорт в приміщенні і швидко окупаються.

Найбільш ефективними і продуктивними є пір’яні колби з внутрішніми прямоструминними каналами. Їх фактичний ККД часом досягає рекордних показників в 80%.


При монтажі пір’яних трубок в раму на стрижень кожної деталі одягають міцну обжимную гайку з кільцем і термостійкої прокладкою. Це забезпечує герметичність всієї конструкції і дає можливість колектору повноцінно функціонувати в будь-яких умовах

Ціна виробів досить висока, а при проведенні ремонту обов’язково потрібно зливати з системи весь теплоносій і тільки потім приступати до усунення неполадок.

Яким повинен бути теплосборник

Теплосборник – ще один дуже важливий робочий елемент вакуумного колектора. За допомогою цього вузла здійснюється передача накопиченого тепла від трубок до теплоносія. Теплосборник розташовують у верхній частині приладу. Один з його компонентів, мідний сердечник, приймає енергію і передає її основного теплоносія, циркулюючому в замкнутій системі «теплообмінник бака-колектор».

Коректну циркуляцію гарантує підключений до системи малогабаритний насос. Керуюча гріє комплексом автоматика чітко стежить за рівнем температури в каналах і, в разі її падіння нижче допустимого критичного мінімуму (наприклад, в нічний час доби), зупиняє роботу насоса. Це дозволяє уникнути зворотного прогріву, коли теплоносій починає забирати тепло гарячої води, що зібралася в накопичувальному баці.

Плюси і мінуси колекторів вакуумного типу

Головним достоїнством агрегатів називають практично повна відсутність тепловтрат в процесі експлуатації. Це забезпечує вакуумна среда, що є одним з найбільш якісних природних ізоляторів. Але на цьому список переваг не закінчується. Пристрої мають і інші яскраво виражені плюси, наприклад:

  • ефективність роботи при низьких температурних показниках (до -30 ° С);
  • здатність до акумулювання температури до 300 ° С;
  • максимальне можливе поглинання теплової енергії, включаючи невидимий спектр;
  • експлуатаційна стійкість;
  • низька сприйнятливість до агресивних атмосферних проявів;
  • мала парусність, обумовлена ??конструктивними особливостями трубчастих систем, здатних пропускати крізь себе повітряні маси різної щільності;
  • високий рівень ефективності в регіонах з помірним і прохолодним кліматом з малою кількістю ясних і сонячних днів;
  • довговічність при дотриманні основних правил експлуатації;
  • доступність для ремонту і можливість міняти не всю систему, а тільки один вийшов з ладу фрагмент.

До недоліків відносять нездатність колекторів до самоочищення від інею, льоду, снігу і високу ціну комплектуючих деталей, необхідних для збору агрегату в домашніх умовах.

Як своїми руками зібрати агрегат

Процес складання вакуумного колектора починають з виготовлення рами-підкладки для робочих елементів. Її монтують відразу в тому місці, яке виділено під агрегат. Розмір і габарити рами цілком і повністю залежать від моделі, яку планується зробити, і зазвичай прописуються в інструкції, що знаходиться серед супровідних документів до компонентів.


Готову раму під колектор закріплюють на даху так, щоб вона займала точне місце розташування і не хиталася. Якщо дах будівлі шиферна, використовують обрешоточний брус і великокаліберні товсті шурупи. Для інших матеріалів покрівлі застосовують звичайні анкера

Місця прилягання рами до поверхні даху додатково фіксую герметиком, щоб в майбутньому через отвори в будинок не потрапляла вода. Потім до місця монтажу доставляють накопичувальний бак і шурупами кріплять його на верхній частині рами.

На наступному етапі збирають ТЕН, температурний датчик і автоматизований воздухоотвод. Всі допоміжні вузли та супутні деталі ставлять на що йдуть в комплекті пом’якшувальні прокладки. Для кріплення температурного датчика використовують торцевої ключ.

Далі облаштовують підведення водопровідних комунікацій. Для цієї мети беруть труби з будь-якого матеріалу, стійкого до низьких температурних показників і здатного витримувати до 95 градусів тепла.


Труби з поліпропілену ідеально підходять для організації з’єднання сонячного колектора з водопровідною системою житлового приміщення. Арматура має хороші фізичні показники та експлуатаційну витривалість, надійно служить протягом багатьох років і легко замінюється в разі виникнення тріщин або надривів

Підключивши водопровід, накопичувальний бак наповнюють водою і тестують на герметичність. Якщо протягом 3-4 годин десь виявилися витоку, їх усувають.

В кінці встановлюють гріють елементи. Для цього мідну трубку обертають алюмінієвим листом і поміщають у вакуумну трубку зі скла. Знизу на колбу одягають фіксуючу чашку і пильовик з міцної, гнучкою гуми.

Верхній мідний наконечник трубки до упору всувають в латунний конденсатор. В’язку термоконтактним мастило з труб не видаляють. Защелкивают фіксує механізм на кронштейні і за цим же принципом монтують все решта скляні трубки.


Трубчасті сонячні колектори потребують регулярного обслуговування і обов’язкової чищенні, особливо в період активного випадання снігу. Якщо дотримуватися цих простих правил, вони працюватиме довго і збережуть високий рівень ефективності протягом усього експлуатаційного терміну

На конструкцію ставлять монтажний блок, підводять до нього електроживлення в 220 вольт і приєднують до системи три допоміжних блоку – ТЕН, воздухоотвод і температурний датчик. Останнім підключають контролер, призначений для коректного управління комплексом. В меню контролера вносять бажані параметри роботи і запускають систему в стандартному режимі.

Як правильно розмістити прилад

Щоб вакуумний колектор міг повноцінно працювати і ефективно забезпечував житлове приміщення необхідною енергією, для нього необхідно знайти найбільш вдале місце і правильно зорієнтувати прилад щодо частин світу.


Сонячні колектори вакуумного типу набагато практичніше своїх плоских аналогів. Коли якась із робочих трубок отримує пошкодження і виходить з ладу, її дуже легко замінити на нову. Після цього система продовжить функціонувати в колишньому режимі. Якщо відразу можливості поставити новий елемент на місце зіпсованого немає, не біда. Агрегат зможе виконувати свої «обов’язки», навіть маючи в наявності вузол з пошкодженим елементом

Для населених пунктів північної півкулі актуально розмістити колектор в південній частині даху будинку або на сонячній стороні ділянки. Бажано забезпечити для площині приладу мінімальне відхилення. Якщо можливості направити поверхню на південь немає, варто вибрати серед заходу і сходу максимально світлий ракурс на відкритому просторі.


Висока робоча ефективність колектора вакуумного типу обумовлена ??ще й тим, що він діє за принципом дзеркала і вирівнює свою теплову потужність виходячи з поточної висоти сонця

Енергетичний сонячний комплекс не повинні закривати димоходи, декоративні фрагменти покрівельного покриття, розлогі гілки дерев і високі житлові або технічні будови. Це знизить ефективність роботи і зменшить рівень прогріву діючих елементів. Якщо агрегат розташований правильно, він забезпечить практично однакову тепловіддачу протягом всього року, незалежно від сезону.

Якщо великого досвіду здійснення складних ремонтно-монтажних і слюсарних робіт немає, робити в домашніх умовах вакуумирование трубок нераціонально. Цей процес дуже трудомісткий і вимагає наявності спеціальних знань і профільного обладнання.

Крім того, елементи вакуумного типу, зроблені самостійно, мають набагато більш низький рівень ККД, ніж заводські деталі. Тому найрозумніше придбати продукцію у профільного виробника, а потім вже вдома спробувати зібрати кілька секцій.

Пізнавальне відео про вакуумних колекторах

Детальний, детальний опис вакуумної трубки, принципу її роботи і особливостей функціонування сонячного колектора в цілому. Автор розповідає про деякі цікаві нюанси і показує, що установка може стати реальною альтернативою газовому котлу.

Цікава інформація про роботу сонячного колектора в зимовий період часу.

Як правильно змонтувати вакуумний сонячний колектор своїми руками в домашніх умовах. Всі нюанси процесу, рекомендації та корисні поради.

Знаючи базовий принцип роботи трубчастого вакуумного сонячного колектора, дуже легко зібрати своїми руками агрегат, який повністю відповідає особистим індивідуальним вимоги і потреб. Це не дуже важке заняття, однак воно вимагає підвищеної уваги, скрупульозності і певних навичок, інакше ризик пошкодити цілісність колби і порушити її герметичність значно зростає.