Vakuuma saules kolektors: darbības princips + kā to izveidot pašam

Par karstā ūdens apgādi un telpu apsildi tiek tērēti ievērojami līdzekļi. Bet pastāv alternatīvs enerģijas avots – vakuuma saules kolektors. Vai esat dzirdējuši par tādu? Tas ļauj ievērojami samazināt finansiālās izmaksas komforta uzturēšanai, nodrošinot maksimālo sildīšanas efektu ar minimāliem siltuma zudumiem.

Šo ierīci var iegādāties no sadzīves tehnikas ražotājiem vai pašam samontēt mājas apstākļos. Lai izvēlētos piemērotu modeli, ir jāizpēta daudz informācijas. Mēs jums palīdzēsim noteikt galvenos pirkuma kritērijus.

Rakstā tiks runāts par vakuuma kolektora darbības principu un uzbūvi. Mēs pastāstīsim par dažādu modeļu konstrukcijas īpatnībām, apskatīsim šo iekārtu plusus un mīnusus. Turklāt detalizēti aprakstīsim, kā pašam izgatavot un uzstādīt vakuuma saules kolektoru.

Materiālu pavada video, no kuriem jūs uzzināsiet par svarīgām īpašībām un vakuuma kolektoru darbības principiem.

Vakuuma agregāta darbības princips

No parastajām heliosistēmām vakuuma saules kolektors atšķiras ar saules enerģijas pārstrādes veidu. Klasiskā baterija vienkārši uztver gaismu un pārvērš to elektrībā. Kolektors savukārt sastāv no stikla caurulēm ar iekšpusē izveidotu vakuumu. Vienā sistēmā tās apvieno ar īpašu savienojošu mezglu palīdzību.

Katras caurules iekšpusē atrodas kanāls no viena vai diviem vara stieņiem ar siltumnesēju. Uztverot saules starus, darbības elements silda siltumnesēja materiālu, tādējādi nodrošinot kolektora darbību.

Pateicoties šādai konstrukcijai, enerģijas atdeves līmenis ievērojami palielinās, bet siltuma zudumi būtiski samazinās, jo vakuuma slānis ļauj saglabāt aptuveni 95% no uztvertās saules enerģijas.

Vakuuma saules kolektors, kas izvietots uz privātmājas jumta, nodrošinās iedzīvotājus ar karsto ūdeni visa gada garumā, bet aukstajā sezonā ļaus komfortabli apsildīt telpu, neiztērējot lielus finanšu līdzekļus.

Turklāt samazinās kolektora veiktspējas atkarība no sezonalitātes, apkārtējās vides temperatūras un dažādiem laikapstākļiem, piemēram, vēja brāzmām, mainīga mākoņu seguma, nokrišņiem utt.

Kā ir uzbūvēts vakuuma tipa kolektors?

Mūsdienu vakuuma ierīces, kas nodrošina telpas ar siltumu un karsto ūdeni, izmantojot saules enerģiju, tehnoloģiski atšķiras.

Kolektorus iedala šādos veidos:

• cauruļveida bez stikla aizsargpārklājuma;
• modulis ar reducētu konversiju;
• standarta plakanais variants;
• ierīce ar caurspīdīgu siltumizolāciju;
• gaisa agregāts;
• plakanais vakuuma kolektors.

Vakuuma saules kolektors spēj nodrošināt karstā ūdens apgādi un apkuri jebkurā gadalaikā un jebkuros laikapstākļos (+)

Tiem visiem ir kopīga konstruktīva līdzība, proti, tie sastāv no:

• ārējas caurspīdīgas caurules, no kuras pilnībā izsūknēts gaiss;
• sildāma sprauslas, kas atrodas lielā caurulē, kur pārvietojas šķidrs vai gāzveida siltumnesējs;
• viena vai divu saliktu sadalītāju, kuriem pievieno lielāka kalibra caurules un ietilpst plānu, iekšpusē izvietotu cauruļu cirkulācijas kontūrs.

Visa konstrukcija nedaudz atgādina termosu ar caurspīdīgām sienām, kurā ir uzturēts nepieredzēti augsts siltumizolācijas līmenis. Pateicoties šai īpašībai, iekšējās caurules korpuss iegūst spēju kvalitatīvi uzsilt un pilnvērtīgi atdot enerģijas resursu iekšpusē cirkulējošajam siltumnesējam.

Konstrukcijas nianses un klasifikācija

Vakuuma tipa kolektorus klasificē pēc konstrukcijā uzstādīto stikla cauruļu veida vai pēc siltuma kanālu īpašībām. Caurules parasti ir koaksiālās un spalvu, bet siltuma kanāli – U-veida taisnplūsmas un heat pipe tipa.

Koaksiālo cauruļu raksturojums

Koaksiālās caurules ir dubulta stikla kolba-termoss ar mākslīgi izveidotu vakuuma telpu starp sienām. Caurules iekšējā virsma ir pārklāta ar speciālu siltumu absorbējošu pārklājumu, tāpēc faktiskā siltuma pārnese notiek tieši no stikla kolbas sienām.

Koaksiālās caurules izgatavo no augstas stiprības borsilikātu stikla ar augstu gaismas caurlaidības spēju. Elementi atkarībā no ražotāja ir ar līdz trīs slāņiem magnetrona pārklājuma, uzrāda izcilu izturību un noturību pret dažādām atmosfēras parādībām (lietus, krusa u.c.), iztur spiedienu 1 MPa un droši kalpo 15 gadus.

Kā absorbējošo elementu stikla caurulē ielodē vara cauruli, kas satur ētera sastāvu. Sildīšanas procesā tas iztvaiko, efektīvi atdod savu siltumu, kondensējas un notek uz caurules apakšējo daļu. Pēc tam cikls atkārtojas, tādējādi radot nepārtrauktu siltuma apmaiņas procesu.

Spalvu cauruļu īpatnības

Vakuuma spalvu caurulēm ir lielāks sienu biezums nekā koaksiālajām, un tās sastāv nevis no divām, bet no vienas kolbas. Iekšējais vara absorbcijas elements visā garumā ir aprīkots ar stipru pastiprinātāju – gofrētu plāksni ar augsta līmeņa enerģiju absorbējošu pārklājumu.

Pateicoties šādai konstrukcijas īpatnībai, vakuums atrodas tieši siltuma kanālā, kura daļa kopā ar absorbentu tiek integrēta tieši kolbā.

Spalvu vakuuma caurule iekšpusē satur plāksni, kas pēc formas atgādina spalvu. Pēc efektivitātes līmeņa tā pārsniedz sava koaksiālā analogā iespējas, bet ir ar ievērojami augstākām izmaksām un ir grūti nomaināma, ja tiek bojāta kolbas integritāte vai sabojājas sildīšanas elements.

Kolektori, kas izgatavoti uz spalvu vakuuma cauruļu bāzes, tiek uzskatīti par visefektīvākajiem savā klasē, lieliski tiek galā ar uzticētajiem uzdevumiem un droši kalpo daudzu gadu garumā.

Siltuma kanāla (heat pipe) darbības princips

Siltuma kanāli heat pipe sastāv no noslēgtām caurulēm, kas satur viegli iztvaikojamu šķidrumu. Saules staru ietekmē tas uzsilst, pārvietojas uz kanāla augšējo daļu un koncentrējas tur īpašā siltuma savācējā (manifold).

Darba šķidrums šajā brīdī atdod visu uzkrāto siltumu un atkal nolaižas uz leju, lai atsāktu procesu.

Siltummaiņa heat-pipe uzmava savienojas ar manifold siltummaini, izmantojot īpašu ligzdu, kas ielodēta pašā 1-caurules siltummainī, vai arī to aptver 2-caurules siltummainis.

Siltuma kanāla heat pipe darba elements tiek izgatavots no vara, retāk – no alumīnija. Tam ir augsta izturība pret ekspluatācijas slodzēm, tas droši kalpo 15 gadus, ir saprātīgā cenā un ir viens no populārākajiem mūsdienu vakuuma saules sistēmu cauruļveida tipa elementiem.

Siltumnesējs no siltuma rezervuāra atņem izdalīto enerģiju un pārnes to tālāk pa sistēmu, tādējādi nodrošinot karsto ūdeni krānos un apkures radiatoros. Heat pipe sistēma ir viegli montējama un demonstrē augstu efektivitāti darbā.

Kolektori, kas aprīkoti ar vakuuma heat pipe caurulēm, izceļas ar labu uzticamības līmeni un ir piemēroti lietošanai ne tikai sadzīvē, bet arī augstspiediena saules siltuma sistēmās.

Bojājuma vai atteices gadījumā bez jebkādām grūtībām ir iespējams nomainīt bojāto mezglu pret jaunu, neveicot visas sistēmas rekonstrukciju.

Remontdarbus var viegli veikt tieši kolektora atrašanās vietā, nenoņemot agregātu un neieguldot liekas pūles.

U-veida tiešās plūsmas siltummaiņa apraksts

Caurteces siltummaiņa caurulei ir burta U forma. Iekšpusē cirkulē ūdens vai apkures sistēmas darba siltumnesējs. Viena elementa daļa ir paredzēta aukstajam siltumnesējam, bet otra pareizi novada jau uzkarsēto.

Sildot, darba sastāvs izplešas un nonāk uzkrāšanas tvertnē, tādējādi radot dabisku šķidruma cirkulāciju sistēmā. Īpašs selektīvais pārklājums, kas uzklāts uz iekšējām sienām, palielina siltuma absorbcijas spēju un paaugstina sistēmas efektivitāti kopumā.

Salīdzinājumā ar heat-pipe tipa caurulēm, U-veida izstrādājumiem ir lielāka hidrauliskā pretestība, tie izvirza paaugstinātas prasības siltumnesējam un ir ievērojami dārgāki. Kolektori, kas darbojas ar caurteces U-caurulēm, nevar strādāt zem augsta spiediena un nodrošina kvalitatīvu siltuma atdevi tikai siltās sezonas laikā.

U tipa caurules demonstrē augstu veiktspēju un nodrošina stabilu siltumatdevi, taču tām ir viens būtisks trūkums. Tās veido vienotu konstrukciju ar manifoldu un vienmēr tiek montētas kopā ar to.

Aizstāt atsevišķu bojātu cauruli nav iespējams. Remontam būs jādemontē viss komplekss pilnībā un tā vietā jāuzstāda jauns.

Dažādu modifikāciju salīdzinājums

Izgatavojot helioagregātus, siltuma kanālus un vakuuma stikla caurules saules kolektoriem kombinē visdažādākajos veidos.

Vislielāko popularitāti patērētāju vidū bauda koaksiālie modeļi ar heat pipe siltuma kanālu. Pircējus piesaista ierīču draudzīgā cena un ļoti vienkārša, pieejama apkope visā ekspluatācijas laikā.

Vakuuma saules kolektors ar heat pipe darba kanālu ir lieliski remontējams. Bojāto cauruļu nomaiņa tiek veikta uz vietas un neparedz sistēmas demontāžu vai pārvietošanu uz citu vietu. Tomēr siltumapmaiņa šajos modeļos notiek sarežģīti, tādēļ izejas efektivitāte (KPD) nepārsniedz 65%.

Vakuuma ierīces ar heat pipe kanāliem demonstrē augstu uzticamību un tām nav nekādu ierobežojumu izmantošanai pat augstspiediena heliotermālos kompleksos.

Ierīces ar koaksiālo kolbu, kas satur tiešās plūsmas U-veida kanālus, arī ietilpst pieprasīto sarakstā. Tās raksturo tādi parametri kā zemi siltuma zudumi un efektivitāte (KPD) no 70% un vairāk.

Lai nodrošinātu korektu darbību, vakuuma ierīce ar U-kanālu ir pareizi jāuzstāda. Vēlams, lai minimālais slīpuma leņķis būtu vismaz 20⁰. Tikai šādi būs iespējams nodrošināt maksimālu atdevi.

Situāciju nedaudz pasliktina: sarežģīts remonta process, specifiska apkope ekspluatācijas laikā un nespēja nomainīt atsevišķu bojātu mezglu. Ja ar ierīci kaut kas notiek, to demontē un tās vietā uzstāda pilnīgi jaunu kolektoru.

Spalvu caurules konstrukcijas ziņā ir vienkāršs stikla cilindrs ar sabiezinātām, izturīgām sienām (atkarībā no ražotāja no 2,5 mm un vairāk). Iekšpusē esošais spalvu absorbenta ieliktnis cieši apņem darba kanālu, kas izgatavots no siltumvadoša metāla.

Gandrīz nevainojamu izolāciju rada vakuuma telpa stikla trauka iekšpusē. Absorbents nodod absorbēto siltumu bez zudumiem un nodrošina sistēmai efektivitāti (KPD) līdz 77%.

Bojājuma gadījumā kolektori, kas aprīkoti ar spalvu caurulēm, ir remontējami. Nav nepieciešams mainīt visu sistēmu, pietiek atklāt bojāto mezglu, demontēt to un tā vietā uzstādīt jaunu.

Modeļi ar spalvu elementu ir nedaudz dārgāki nekā koaksiālie, taču augstās efektivitātes dēļ tie nodrošina pilnvērtīgu komfortu telpā un ātri atmaksājas.

Visefektīvākās un produktīvākās ir spalvu kolbas ar iekšējiem tiešās plūsmas kanāliem. To faktiskā lietderības koeficients dažkārt sasniedz rekordlielus 80% rādītājus.

Uzstādot spalvu caurules rāmī, uz katras detaļas stieņa uzliek stipru savilkšanas uzgriezni ar gredzenu un karstumizturīgu blīvi. Tas nodrošina visas konstrukcijas hermētiskumu un ļauj kolektoram pilnvērtīgi darboties jebkuros apstākļos.

Izstrādājumu cena ir diezgan augsta, un, veicot remontu, obligāti jāizlej no sistēmas viss dzesēšanas šķidrums un tikai tad jāķeras pie problēmu novēršanas.

Kādam jābūt siltuma savācējam?

Siltuma savācējs ir vēl viens ļoti svarīgs vakuuma kolektora darba elements. Ar šī mezgla starpniecību tiek veikta uzkrātā siltuma pārvade no caurulēm uz siltumnesēju.

Siltuma savācējs atrodas ierīces augšdaļā. Viens no tā komponentiem, vara serdenis, saņem enerģiju un nodod to galvenajam siltumnesējam, kas cirkulē slēgtā sistēmā "tvertnes-kolektora siltummainis".

Pareizu darbību garantē sistēmai pieslēgtais cirkulācijas sūknis. Sildīšanas kompleksu vadošā automātika skaidri uzrauga temperatūras līmeni kanālos un, ja tā nokrītas zem pieļaujamā kritiskā minimuma (piemēram, nakts laikā), aptur sūkņa darbību.

Tas ļauj izvairīties no pretējā uzsildīšanas, kad siltumnesējs sāk atņemt siltumu karstajam ūdenim, kas sakrājies uzkrāšanas tvertnē.

Vakuuma tipa kolektoru plusi un mīnusi

Par agregātu galveno priekšrocību sauc gandrīz pilnīgu siltuma zudumu neesamību ekspluatācijas laikā. To nodrošina vakuuma vide, kas ir viens no kvalitatīvākajiem dabiskajiem izolatoriem. Bet ar to priekšrocību saraksts nebeidzas.

Ierīcēm ir arī citi izteikti plusi:

• darba efektivitāte pie zemām temperatūrām (līdz -30°C);
• spēja akumulēt temperatūru līdz 300°C;
• maksimālā iespējamā siltumenerģijas absorbcija, ieskaitot neredzamo spektru;
• ekspluatācijas noturība;
• zema jutība pret agresīvām atmosfēras parādībām;
• maza vēja iedarbība, ko nosaka cauruļveida sistēmu konstruktīvās īpatnības, kas spēj izlaist caur sevi dažāda blīvuma gaisa masas;
• augsts efektivitātes līmenis reģionos ar mērenu un vēsu klimatu, kur ir maz skaidru un saulainu dienu;
• ilgmūžība, ievērojot pamata ekspluatācijas noteikumus;
• remonta pieejamība un iespēja nomainīt nevis visu sistēmu, bet tikai vienu bojātu fragmentu.

Trūkumos tiek minēta kolektoru nespēja pašattīrīties no sarmas, ledus, sniega un komplektējošo daļu augstā cena, kas nepieciešamas agregāta samontēšanai mājas apstākļos.

Saules kolektors ir efektīva ierīce, kas ļauj praktiski bez zaudējumiem pārveidot saules enerģiju siltumenerģijā

Agregāta salikšana paša spēkiem

Vakuuma kolektora salikšanas procesu sāk ar pamatnes rāmja izgatavošanu darba elementiem. To montē uzreiz tajā vietā, kas paredzēta agregātam.

Rāmja izmēri un gabarīti pilnībā ir atkarīgi no modeļa, kuru plānots izgatavot, un parasti tie ir norādīti instrukcijā, kas atrodas starp komponentu pavaddokumentiem.

Gatavo kolektora rāmi nostiprina uz jumta tā, lai tā ieņemtu precīzu pozīciju un nešūpotos. Ja ēkas jumts ir šīfera, izmanto latojuma siju un lielkalibra resnas skrūves. Citiem jumta materiāliem izmanto parastos enkurus.

Rāmja piegulšanas vietas jumta virsmai papildus fiksē ar hermētiķi, lai nākotnē caur caurumiem mājā neiekļūtu ūdens. Pēc tam uz montāžas vietu nogādā uzkrāšanas tvertni un ar skrūvēm to nostiprina rāmja augšējā daļā.

Nākamajā posmā saliek sildelementu, temperatūras sensoru un automatizēto gaisa atvadu. Visus palīgmezglus un pavaddetaļas novieto uz komplektā esošajām mīkstinošajām blīvēm. Temperatūras sensora stiprināšanai izmanto gala atslēgu.

Tālāk iekārto ūdensvada komunikāciju pievadu. Šim nolūkam izmanto caurules no jebkura materiāla, kas ir izturīgs pret zemām temperatūrām un spēj izturēt līdz 95°C. Labi sevi ir pierādījušas polipropilēna caurules un veidgabali.

Polipropilēna caurules ir ideāli piemērotas, lai izveidotu saules kolektora savienojumu ar dzīvojamās telpas ūdensapgādes sistēmu. Armatūrai ir labi fizikālie rādītāji un ekspluatācijas izturība, tā uzticami kalpo daudzus gadus un viegli nomaināma, ja rodas plaisas vai plīsumi.

Pēc ūdensvada pievienošanas uzkrāšanas tvertni piepilda ar ūdeni un pārbauda hermētiskumu. Ja 3–4 stundu laikā kaut kur tiek konstatētas noplūdes, tās novērš.

Beigās uzstāda sildelementus. Lai to izdarītu, vara cauruli aptin ar alumīnija loksni un ievieto stikla vakuuma caurulē. Apakšā uz kolbas uzliek fiksējošu kausiņu un putekšņu aizsargu no izturīgas, elastīgas gumijas.

Caurules augšējo vara uzgali līdz galam iespiež misiņa kondensatorā. Viskozo termokontakta smērvielu no caurulēm nenoņem. Aizfiksē fiksējošo mehānismu uz kronšteina, un pēc tā paša principa uzstāda visas atlikušās stikla caurules.

Cauruļveida saules kolektoriem nepieciešama regulāra apkope un obligāta tīrīšana, īpaši aktīvas snigšanas periodā. Ievērojot šos vienkāršos noteikumus, tie darbosies ilgi un saglabās augstu efektivitātes līmeni visā ekspluatācijas laikā.

Uz konstrukcijas uzstāda montāžas bloku, pieslēdz tam 220 voltu elektrobarošanu un pievieno sistēmai trīs palīgblokus – sildelementu, gaisa atgaisotāju un temperatūras sensoru.

Visbeidzot pieslēdz kontrolieri, kas paredzēts kompleksa pareizai pārvaldībai. Kontroliera izvēlnē ievada vēlamos darba parametrus un palaiž sistēmu standarta režīmā.

Soli pa solim instrukcija saules kolektora izbūvei ir sniegta šajā rakstā.

Kā pareizi novietot ierīci?

Lai vakuuma kolektors varētu pilnvērtīgi darboties un efektīvi nodrošinātu dzīvojamo telpu ar nepieciešamo enerģiju, tam jāatrod vispiemērotākā vieta un pareizi jāorientē ierīce attiecībā pret debespusēm.

Vakuuma tipa saules kolektori ir daudz praktiskāki nekā to plakanie analogi. Kad kāda no darba caurulēm tiek bojāta un sabojājas, to ir ļoti viegli nomainīt pret jaunu. Pēc tam sistēma turpinās darboties iepriekšējā režīmā. Ja uzreiz nav iespējams uzlikt jaunu elementu bojātā vietā, nav problēmu. Iekārta spēs pildīt savus "pienākumus" pat ar bojātu elementu saturošu mezglu.

Ziemeļu puslodes apdzīvotām vietām ir aktuāli novietot kolektoru mājas jumta dienvidu daļā vai saulainajā zemes gabala pusē. Vēlams nodrošināt ierīces plaknei minimālu novirzi.

Ja nav iespēju virsmu vērst uz dienvidiem, jāizvēlas starp rietumiem un austrumiem maksimāli gaišs skats atklātā telpā.

Vakuuma tipa kolektora augstā darba efektivitāte ir saistīta ar to, ka tas darbojas pēc spoguļa principa un izlīdzina savu siltuma jaudu atbilstoši pašreizējam saules augstumam.

Saules enerģijas kompleksu nedrīkst aizsegt skursteņi, dekoratīvie jumta seguma fragmenti, plaši koku zari un augstas dzīvojamās vai tehniskās ēkas. Tas samazinās darba efektivitāti un pazeminās darba elementu sildīšanas līmeni.

Ja iekārta ir pareizi novietota, tā nodrošinās gandrīz vienādu siltuma atdevi visu gadu, neatkarīgi no sezonas.

Ja nav lielas pieredzes sarežģītu remontmontāžas un atslēgšanas darbu veikšanā, vakuuma cauruļu izgatavošana mājas apstākļos ir neracionāla. Šis process ir ļoti darbietilpīgs un prasa īpašas zināšanas un profila aprīkojumu.

Turklāt paštaisīti vakuuma tipa elementi ir ar daudz zemāku efektivitātes līmeni nekā rūpnīcas detaļas. Tāpēc visprātīgāk ir iegādāties produkciju no profila ražotāja un pēc tam mājās mēģināt salikt vairākas sekcijas.

Vietnē ir rakstu izlase par saules apkures sistēmas iekārtošanu, iesakām iepazīties:

1. Saules apkures sistēmas: tehnoloģiju analīze apkures ierīkošanai uz saules sistēmu bāzes
2. Privātmājas apkure ar saules baterijām: shēmas un uzbūve
3. Elastīgās saules baterijas: veidi, raksturlielumi + pieslēgšanas īpatnības

Secinājumi un noderīgs video par tēmu

Detalizēts vakuuma caurules, tās darbības principa un saules kolektora darbības īpatnību apraksts kopumā. Autors stāsta par dažām interesantām niansēm un parāda, ka iekārta var kļūt par reālu alternatīvu gāzes katlam.

Interesanta informācija par saules kolektora darbību ziemas periodā.

Kā pareizi pašrocīgi mājas apstākļos uzstādīt vakuuma saules kolektoru. Visi procesa nianses, ieteikumi un noderīgi padomi.

Zinot cauruļveida vakuuma saules kolektora darbības pamatprincipu, ir iespējams pašrocīgi salikt iekārtu. Iekārta pilnībā atbildīs personīgajām individuālajām prasībām un vajadzībām.

Tas nav pārāk grūts uzdevums, tomēr tas prasa pastiprinātu uzmanību, rūpību un noteiktas iemaņas, citādi risks sabojāt kolbas integritāti un pārkāpt tās hermētiskumu ievērojami palielinās.

Visi, kas interesējas par saules kolektora izvēli, uzstādīšanu vai pašrocīgu salikšanu, aicināti atstāt komentārus un uzdot jautājumus. Saziņas forma atrodas apakšējā blokā.