Коллектор для воды как собрать: Коллекторная разводка воды — Добродушный Сантехник

Пожалуйста, поделитесь / добавьте в закладки:

Солнечные вакуумные коллекторы для солнечной горячей воды

В предыдущем уроке мы рассмотрели солнечные плоские коллекторы и увидели, что они состоят из зачерненной металлической абсорбирующей пластины и водопроводных труб, заключенных в герметичную застекленную и изолированную металлическую (или деревянную) коробку.Трубы, называемые стояками, припаянные к пластине абсорбера, несут жидкость, которая нагревается солнцем, и в системе прямого нагрева вода нагревается, когда она циркулирует через панели в резервуар для хранения. В непрямых системах солнечная энергия нагревает смесь гликоль / вода, которая не может замерзнуть и которая, в свою очередь, нагревает воду в резервуаре.

Хотя этот тип солнечных систем горячего водоснабжения дешев и прост в установке, проблема с плоскими коллекторами заключается в том, что они «плоские». Это создает одно ограничение для их эффективности, поскольку они могут работать с максимальной эффективностью, только когда в полдень солнце находится прямо над головой.В других случаях солнечные лучи падают на коллектор под разными углами, отражаясь от материала остекления, тем самым снижая их эффективность.

Солнечные системы горячего водоснабжения, в которых в качестве источника тепла используется эвакуированных коллекторов , решают эту проблему, потому что солнечный коллектор использует отдельные округлые трубки, которые всегда перпендикулярны солнечным лучам большую часть дня. Это позволяет солнечной системе горячего водоснабжения, использующей откачиваемый трубчатый коллектор , работать с гораздо более высокой эффективностью и температурой в течение гораздо более длительного периода, чем обычная система с одним плоским плоским коллектором.Кроме того, еще одно преимущество технологии вакуумных вакуумных труб состоит в том, что проблемы с весом и конструкцией крыши, вызванные стандартными системами с плоскими пластинами, устраняются, поскольку солнечные трубки не заполнены большим количеством тяжелой воды.

Вакуумный коллектор

Вакуумный коллектор

Вакуумный коллектор состоит из ряда рядов параллельных прозрачных стеклянных трубок, соединенных с коллекторной трубой и используемых вместо потемневшей теплопоглощающей пластины. видел в предыдущей плоской пластине коллектора.

Эти стеклянные трубки имеют цилиндрическую форму. Следовательно, угол солнечного света всегда перпендикулярен теплопоглощающим трубкам, что позволяет этим коллекторам хорошо работать даже при низком солнечном свете, например, когда это рано утром или поздно днем, или когда они затенены облаками. Эвакуированные трубные коллекторы особенно полезны в районах с холодной, облачной зимней погодой.

Итак, как работают солнечные вакуумные коллекторы? Коллекторы с вакуумными трубками состоят из одного или нескольких рядов параллельных прозрачных стеклянных трубок, закрепленных на раме.Диаметр каждой отдельной трубки варьируется от 1 «(25 мм) до 3» (75 мм) и от 5 «(1500 мм) до 8» (2400 мм) в зависимости от производителя. Каждая трубка состоит из толстой стеклянной наружной трубки и более тонкой стеклянной внутренней трубки (называемой «двойной стеклянной трубкой») или «термос-колбы», которая покрыта специальным покрытием, которое поглощает солнечную энергию, но препятствует потерям тепла. Трубы изготовлены из боросиликатного или натриево-кальциевого стекла, которое является прочным, устойчивым к высоким температурам и имеет высокую пропускную способность для солнечного излучения.

В отличие от плоскопанельных коллекторов, вакуумные коллекторы не нагревают воду непосредственно внутри труб. Вместо этого воздух удаляется или откачивается из пространства между двумя трубами, образуя вакуум (отсюда и название эвакуированных трубок ). Этот вакуум действует как изолятор, значительно уменьшая любые тепловые потери в окружающую атмосферу либо за счет конвекции или излучения, что делает коллектор намного более эффективным, чем внутренняя изоляция, которую могут предложить плоские коллекторы.С помощью этого вакуума вакуумные коллекторы обычно вырабатывают более высокие температуры жидкости, чем их плоские пластины, поэтому летом они могут сильно нагреваться.

Вакуумный коллектор труб

Внутри каждой стеклянной трубки плоский или изогнутый алюминиевый или медный ребро прикреплен к металлической тепловой трубе, проходящей через внутреннюю трубку. Ребро покрыто селективным покрытием, которое передает тепло жидкости, циркулирующей по трубе.Эта герметичная медная тепловая труба передает солнечное тепло посредством конвекции внутренней теплообменной жидкости в «горячую колбу», которая косвенно нагревает медный коллектор внутри резервуара коллектора. Все эти медные трубы соединены с общим коллектором, который затем соединяется с резервуаром для хранения, таким образом, нагревая горячую воду в течение дня. Горячая вода может быть использована ночью или на следующий день из-за теплоизоляционных свойств бака.

Изоляционные свойства вакуума настолько хороши, что, несмотря на то, что внутренняя труба может достигать 150 ^o С, наружная труба холоднее на ощупь.Это означает, что вакуумные водонагреватели могут работать хорошо и могут нагревать воду до достаточно высоких температур даже в холодную погоду, когда плоские коллекторы работают плохо из-за потери тепла.

Однако недостатком использования вакуумированных труб является то, что панель может быть намного дороже по сравнению со стандартными плоскими коллекторами или солнечными дозаторами. Солнечные коллекторы с вакуумной трубкой хорошо подходят для коммерческих и промышленных систем нагрева горячей воды и могут быть эффективной альтернативой плоским коллекторам для отопления жилых помещений, особенно в районах, где часто бывает облачно.

Вакуумные трубчатые коллекторы в целом более современные и более эффективные по сравнению со стандартными плоскими коллекторными пластинами, поскольку они могут отводить тепло из воздуха в влажные, пасмурные пасмурные дни и не требуют прямого солнечного света для работы. Из-за вакуума внутри стеклянной трубки, общая эффективность во всех областях выше, и есть лучшая производительность, даже если солнце не находится под оптимальным углом. Для этих типов солнечных панелей с горячей водой очень важна конфигурация вакуумной трубки.Существует несколько различных конфигураций вакуумных трубок: одностенная, двухстенная, прямая или тепловая труба, и эти различия могут определять, как жидкость циркулирует вокруг солнечной панели горячей воды.

Коллекторы с вакуумными трубками с тепловыми трубками

В коллекторах с вакуумными трубками с тепловыми трубками герметичная тепловая труба, обычно изготовленная из меди для повышения эффективности коллекторов при низких температурах, прикрепляется к теплоотражающей отражающей пластине внутри вакуумной герметичной трубки. Полая медная тепловая труба внутри трубки откачивается из воздуха, но содержит небольшое количество спиртовой / водной жидкости низкого давления и некоторые дополнительные добавки для предотвращения коррозии или окисления.

Этот вакуум позволяет жидкости испаряться при очень низких температурах, чем обычно при атмосферном давлении. Когда солнечный свет в форме солнечного излучения попадает на поверхность пластины поглотителя внутри трубки, жидкость в тепловой трубе быстро превращается в горячий парообразный газ благодаря наличию вакуума. Поскольку этот газовый пар стал легче, он поднимается до верхней части трубы, нагревая его до очень высокой температуры.

Верхняя часть тепловой трубы и, следовательно, откачиваемая труба соединены с медным теплообменником, называемым «коллектором».Когда горячие пары, все еще находящиеся внутри герметичной тепловой трубки, поступают в коллектор, тепловая энергия пара передается воде или гликолевой жидкости, протекающей через соединительный коллектор. По мере того, как горячий пар теряет энергию и охлаждается, он конденсируется обратно из газа в жидкость, стекающую обратно в тепловую трубу для повторного нагрева.

Тепловая труба и, следовательно, коллекторы вакуумированных труб должны быть установлены таким образом, чтобы иметь минимальный угол наклона (около 30 ^o ), чтобы внутренняя жидкость тепловой трубы возвращалась обратно в горячий поглотитель. пластина в нижней части трубки.Этот процесс превращения жидкости в газ и обратно в жидкость снова продолжается внутри герметичной тепловой трубки, пока светит солнце.

Основным преимуществом вакуумных коллекторов с тепловыми трубками является то, что между пластиной абсорбера и коллектором имеется «сухое» соединение, что делает установку намного проще, чем с прямыми коллекторами. Кроме того, в случае растрескивания или разрыва вакуумной трубки и потери вакуума отдельная трубка может быть заменена без опустошения или демонтажа всей системы.Такая гибкость делает солнечные коллекторы горячей воды с вакуумной трубкой для тепловых трубок идеальными для солнечных батарей с замкнутым контуром, поскольку модульная сборка позволяет легко устанавливать и легко расширять, добавляя столько труб, сколько вы хотите.

Прямоточный вакуумный коллектор

Прямоточный вакуумный коллектор, также известный как «U» трубные коллекторы, отличаются от предыдущих тем, что имеют две тепловые трубы, проходящие через центр трубы. Одна труба действует как подающая труба, а другая — как обратная труба.Обе трубы соединены вместе в нижней части трубы с U-образным изгибом, отсюда и название. Теплопоглощающая отражающая пластина действует как разделительная полоса, которая разделяет поток и возвратные трубы через трубки солнечного коллектора. Пластина абсорбера и теплообменная трубка также герметично закрыты внутри стеклянной трубки, обеспечивая исключительные изоляционные свойства.

Полые тепловые трубки и плоская или изогнутая отражательная пластина изготовлены из меди с селективным покрытием для повышения общей эффективности коллекторов.Эта конкретная конфигурация вакуумированной трубки аналогична работе коллекторов с плоскими пластинами, за исключением вакуума, создаваемого внешней трубкой.

Поскольку теплоноситель поступает в каждую трубку и выходит из нее, коллекторы с откачанной трубкой с прямым потоком не такие гибкие, как тепловые трубки. Если труба трескается или ломается, ее нельзя легко заменить. Система потребует слива, так как между трубой и коллектором имеется «мокрое» соединение.

Многие специалисты в области солнечной энергетики считают, что конструкции с откачанными трубами с прямым потоком являются более энергоэффективными, чем конструкции с тепловыми трубами, поскольку при использовании прямого потока не происходит теплообмена между жидкостями.Кроме того, в цельностеклянной конструкции с прямоточным потоком две тепловые трубки расположены одна внутри другой, так что нагреваемая жидкость проходит вниз по середине внутренней трубки, а затем обратно через внешнюю трубку абсорбера.

Эвакуированные трубы с прямым потоком могут собирать как прямое, так и рассеянное излучение и не требуют солнечного слежения. Тем не менее, различные формы отражателей, размещенные за трубками, иногда используются для полезного сбора части солнечной энергии, которая в противном случае может быть потеряна, обеспечивая тем самым небольшое количество солнечной концентрации.

Прочие соображения при использовании вакуумных коллекторов

Из-за герметичного вакуума в их конструкции вакуумные коллекторы могут сильно нагреваться, превышая температуру кипения воды в жаркие летние месяцы. Эти высокие температуры могут вызвать значительные проблемы в существующей солнечной системе горячего водоснабжения, такие как перегрев и растрескивание откачанных стеклянных трубок.

Чтобы предотвратить это в жарком летнем климате, используются перепускные клапаны и большие теплообменники для «отвода» избыточного тепла, а также смесительные клапаны, которые смешивают обычную (холодную) воду с горячей водой, чтобы обеспечить температуру и уровни давления никогда не превышают установленный предел.

Кроме того, коллекторы тепловых трубок никогда не должны подвергаться воздействию прямых солнечных лучей без теплоносителя, протекающего через теплообменник. Это приведет к тому, что пустой теплообменник станет очень горячим и может треснуть из-за внезапного удара, когда холодная вода начнет течь через него.

Несмотря на то, что вакуумные коллекторы способны нагревать воду до +50 градусов по Цельсию зимой, внешняя стеклянная трубка вакуумированной трубки не нагревается, как обычные плоские солнечные коллекторы при использовании.Это связано с внутренними изоляционными свойствами вакуума внутри трубки, который препятствует охлаждению внешней тепловой трубки внешней температурой окружающей среды, которая может быть значительно ниже нуля.

Таким образом, в более холодные зимние месяцы эти типы коллекторов не могут растопить большое количество снега, падающего на них в одно и то же время, что означает, что ежедневная очистка от снега и льда из стеклянных трубок может стать проблемой без их разрушения.

Даже если очень снежный или очень холодный, достаточное количество солнечного света будет проходить через него, чтобы трубы не замерзали, а могли нагревать воду, которую затем можно нагревать с помощью стандартного электрического погружного нагревателя или газовой горелки, снижая затраты подогрева воды зимой.

Эвакуированные трубные коллекторы — это очень эффективный способ нагревать большую часть потребления горячей воды, просто используя энергию солнца. Они могут достигать высоких температур, но являются более хрупкими, чем другие типы солнечных коллекторов, и их установка намного дороже. Они могут использоваться как в солнечной системе горячего водоснабжения с активным разомкнутым контуром (без теплообменника), так и в активной замкнутой (с теплообменником) замкнутой, но для остановки теплоносителя требуется циркуляция теплоносителя от коллектора к хранилищу. это от перегрева.

В нашем следующем уроке о солнечном отоплении мы рассмотрим другой способ нагрева воды с использованием типа периодического коллектора, известного как система хранения с интегральным коллектором или ICS, и увидим, как их можно использовать как для генерации, так и для хранения солнечной энергии. горячая вода.