Как работает коллектор теплого пола?

Приветствую всех, кто читает мой блог! В этой статье я кратко расскажу о коллекторах для теплого пола.

При монтаже водяных теплых полов, после того как определились с количеством контуров необходимо выбрать коллектор.

На современном рынке очень много разновидностей таких коллекторов, сделанных из латуни, нержавеющей стали или композитных материалов.

Для начала определимся для чего нужен коллектор теплого пола.

Для чего нужен коллектор для теплых полов

Коллектор теплого пола фото

Покупатели часто спрашивают: «Почему нельзя запустить весь теплый через одну петлю не покупать коллектор?».

Все дело в том, что если вы сделаете весь теплый пол одной петлей, то у вас получится петля длиной 500 или даже 700 метров.

Обеспечить циркуляцию теплоносителя по такому длинному контуру не представляется возможным из-за высокого гидравлического сопротивления.

Практика показывает, что для теплых полов из трубы 16 мм, длина петли не должна превышать 80-100 метров.

Для трубы 20 мм. длина петли не должна превышать 120 метров.

По этой причине необходимо разбивать водяные теплые полы на контуры, которые и объединяются при помощи коллектора.

Теперь давайте разберемся в том, как устроен коллектор для теплых полов.

Как устроен коллектор для теплого пола

Рассмотрим строение коллектора на следующем рисунке:

Схема коллектора теплого пола

На рисунке видно, что коллектор состоит из двух патрубков — подающего и обратного.

Патрубки жестко скреплены между собой двумя пластинами.

На подающем патрубке находятся резьбовые соединения (чаще всего используются соединения типа «евроконус»), к которым подключаются трубы теплого пола. Это, так называемая «подача» теплого пола.

Кроме соединений, на этом патрубке могут быть расположены расходомеры.

При помощи этих устройств производится балансировка контуров.

На обратном патрубке имеются точно такие же резьбовые соединения, как на подающем.

Вместо расходомеров на обратном патрубке располагаются балансировочные клапана.

Кроме того, в комплект коллектора могут входить воздухоотводчики, а если их нет, то нужно будет приобрести эти нужные детали отдельно.

Как выбрать коллектор для теплого пола?

После того, как мы разобрались в простом устройстве коллектора, нужно пойти в магазин и выбрать его для своего дома.

При выборе стоит обратить внимание на следующие моменты:

• Материал коллектора — лучшим решением, на мой взгляд, будет приобрести латунный или стальной коллектор.
• Качество нарезки резьбы — все резьбы должны быть ровными, иначе могут возникнуть проблемы при монтаже.
• Целостность расходомеров и балансировочных клапанов — думаю не нужно объяснять, что все должно быть целым и без трещин.
• Производитель — лучше купите дорогой хороший коллектор известного производителя, он прослужит вам долгие годы.

Еще очень важно обратить внимание на то, как коллектор соединяется с группой автономной циркуляции.

Желательно сразу же подобрать ее под коллектор. Ну и не забудьте про покупку шкафа под это оборудование

Резюме статьи

Организовать рабочую систему водяного теплого пола без коллектора (в большинстве случаев) не получится.

Поэтому стоит отнестись к его выбору внимательно, предварительно поделив весь пол на контура определенной длины (читай выше).

На этом все, жду ваших вопросов в комментариях и не забывайте пользоваться кнопками социальных сетей!!!

инструкция по сборке коллекторной группы для отопления.

Коллекторная группа – это часть водяной системы отопления, которая занимается распределением и контролем тепловых потоков внутри дома. Рассмотрим особенности монтажа и сборки этой части инженерной сети для теплого пола.

Особенности работы водяных теплых полов

Водяной теплый пол используется в качестве основного или дополнительного источника тепла в частных домах. Идея этой системы основана на прокладке в стяжке тепловых контуров, трубопроводов с циркулирующим по ним теплоносителем. Жидкость нагревается в котле, а затем распределяется по петлям пола в разных помещениях. Основная особенность работы такой системы состоит в необходимости поддерживать низкую равномерную температуру на большом количестве потребителей. Из котла теплоноситель поступает нагретый до 60 – 70 градусов, такой жар от полов будет некомфортным для жильцов. Для снижения температуры в систему включают смесительный узел или ставят краны RTL (регулятор обратного потока).

Вторая особенность теплого пола связана с неравномерным распределением теплоносителя по системе. Комнаты имеют разную площадь, а значит и контуры будут разной длины. Перераспределение происходит на коллекторе.

Из чего состоит коллекторная группа

Коллектор имеет вид металлической или пластиковой трубки, в которой происходит сбор и перераспределение по контурам теплоносителя. Коллекторная группа обычно состоит из двух гребенок: подающей и обратной, насосно-смесительного узла и дополнительного оборудования.

Слева – насосно-смесительный узел с термоголовкой, справа – коллекторная гребенка с ротаметрами и сливным краном.

Коллекторные гребенки

Основные различия между подающей и обратной гребенками только в запорной арматуре. На подачу приходит нагретый теплоноситель от котла, затем жидкость перераспределяется между отопительными приборами. Вещество (вода, этиленгликоль или пропиленгликоль) проходит по контуру, отдает тепло и возвращается на обратную гребенку, откуда снова идет к котлу.

Про выбор теплоносителя для системы отопления подробнее читайте в отдельной статье.

Как это работает?

Гребенки коллектора по сравнению с трубами имеют больший диаметр, из-за этого теплоноситель в распределительном блоке замедляет свое движение. Распределение происходит через патрубки с меньшим протоком. На одной гребенке может быть до 14 патрубков в зависимости от количества отопительных приборов. Обычно подачу оснащают регулировочными устройствами для изменения протока контуров теплого пола. В патрубок с большей пропускной способностью будет попадать больше теплоносителя, соответственно отопительные приборы нагреются сильнее.

Варианты запорной арматуры

Для регулирования количества теплоносителя на коллекторе используют шаровые краны, вентили, расходомеры (ротаметры), термостатические клапаны нажимного действия или сервоприводы.

• Шаровые краны – запорная арматура с двумя положениями: (открыто и закрыто), позволяет останавливать движение теплоносителя по отдельному патрубку гребенки. Шаровые краны не позволяют регулировать расход, поэтому применять их имеет смысл в теплых полах, где петли имеют приблизительно равную длину. Также их ставят перед коллекторами.

Пример коллектора с шаровыми кранами.

• Вентили позволяют выполнять ступенчатое изменение диаметра протока, предполагают ручное управление системой.

На гребенке подачи сверху – расходомеры, снизу на обратке – термостатические клапаны.

• Расходомер (ротаметр) – устройство, которое измеряет расход жидкости на единицу времени.
  Представляет собой прозрачную колбу со штоком внутри, по механизму работы клапаны похожи на обычный вентиль.

Теплоноситель течет по более короткой магистрали с меньшим гидравлическим сопротивлением — расходомер на таких петлях заужает проход, а на более длинных – расширяет, за счет этого пол в разных помещениях нагревается одинаково.

• Термостатические клапаны нажимного действия устанавливают на обратной гребенке коллектора теплого пола. Они могут закрываться или открываться в зависимости от температуры обратного потока. Клапан ТСГ оснащен евроконусом, который позволяет измерять температуру жидкости в трубе.

• Термоэлектрический сервопривод – термостатическая головка, которая может дистанционно управлять работой клапанов гребенки. Сервоприводы подразделяются на нормально закрытые и нормально открытые. В первом случае в обычном положении клапан закрыт и открывается при подаче напряжения. Сервопривод связывают с термостатом, который располагается в помещении и реагирует на изменения температуры воздуха.

Не стоит путать термоэлектрический сервопривод с кранами RTL. Первый реагирует на изменение температуры в помещениях, второй настраивается на температуру теплоносителя.

Термоэлектрическая головка с сервоприводом.

Собирать коллектор или купить готовый?

Коллекторы могут быть сборные, готовые сварные или самодельные. Рассмотрим их преимущества и недостатки.

Готовые сварные

Обычно выпускаются в виде сваренных друг с другом гребенок подачи и обратки с заданным количеством патрубков.

Преимущества

• Скорость установки – не нужно собирать крепежные элементы.
• Минимальные требования к квалификации монтажника

Недостатки

• Cложно настроить под конкретную систему.
• Количество патрубков может не соответствовать потребностям, в этом случае их придется перекрыть заглушками и не использовать.
• Коллектор может быть оснащен ненужными для конкретной системы отопления элементами. Например, на нем может стоять гидравлический распределитель (гидрострелка), который полезен только в сетях с большим количеством насосов.
• Обратная и подающая гребенки могут быть сварены, из-за чего к ним бывает сложно подсоединить отдельные петли. Патрубки у заводских смесителях обычно располагаются на одинаковом расстоянии друг от друга, но это не всегда удобно.

Самодельные

Коллектор можно сделать и своими руками из подручных средств: стальных труб с круглым или квадратным сечением. Для этого в них прорезаются отверстия и привариваются патрубки. Муфты делают из отрезков круглого сечения меньшего диаметра.

Преимущества

• Изготовление коллектора своими руками выгодно с финансовой точки зрения.
• Можно сделать чертеж и изготовить индивидуальный коллектор под конкретную систему.

Недостатки

• Для выполнения этой работы потребуются навыки работы со сварочным аппаратом.
• Потребуется больше времени.
• Неразборная конструкция затрудняет ремонт и замену отдельных элементов.

Сборные

Такие распределительные узлы собирают из заводских деталей, которые приобретаются отдельно или в виде комплекта. О них и пойдет речь дальше.

Преимущества

• Есть вариативность при проектировании коллекторного узла под конкретную систему отопления.
• Не требует специальных навыков и оборудования при монтаже.
• Возможность отдельного демонтажа гребенок подачи и обратки.
• Высокая скорость монтажа.

Недостатки

• Комплектующие от разных производителей могут не подходить друг к другу.
• Обычно этот вариант обходится дороже.

Как установить ротаметр на гребенку коллектор

Ротаметры часто используют на коллекторах теплого пола, они необходимы для управления расходом. В зависимости от модели устройство может настраиваться на разный расход от 0 до 5 л/мин. Настройка производится только при включенном насосе. Необходимо удалить декоративный защитный колпачок и поджать фиксирующую гайку в нужное положение. После настройки расходомера заглушка устанавливается на место.

Ротаметры различаются для обратной гребенки и для подающей. Внутри стеклянной колбы прибора находится шток с тарелкой. В нерабочем состоянии тарелка штока пружиной прижата к нулевому значению. Подача теплоносителя всегда осуществляется под седло клапана, так как поток открывает затвор. На обратных ротаметрах шток находится внизу, а на подающем – вверху (цифры будут увеличиваться сверху).

Отличия ротаметра на подающей и обратной гребенке.

Если перепутать подающий ротаметр и обратный, то поток теплоносителя прижмет шток к седлу, и система не будет работать. Некоторые приборы не позволяют зафиксировать нужный расход, а только измеряют его величину, для распределения потоков по контурам теплых полов желательно использовать первый вариант.

Смесительный узел

Смесительный узел может использоваться и без коллектора.

К коллекторной группе часто относят и узел смешения. Его принцип работы строится на объединении подающего и обратного потоков. После прохода по петле теплого пола носитель обычно имеет температуру около 30 градусов, на смесительном узле он вливается в подающий поток, что позволяет получить комфортную температуру в 40 градусов.

 Вариантов реализации этого узла много: с использованием трех- или двухходового клапана, на термостатических клапанах и др. Смесители тоже бывают сборные и заводские.

На смесителе обычно присутствует термостатический клапан, который измеряет температуру носителя. Он снабжен накладной или накидной гильзой. Первая просто приклеивается к трубе, вторая вставляется в саму магистраль.

Трехходовой клапан с термоголовкой установлен перед насосом. До него на подаче полезно ставить еще и фильтр грубой очистки.

• Трехходовой клапан устанавливается на подачу, при помощи термостатической головки элемент позволяет управлять двумя протоками. Клапаны бывают смесительными, а бывают распределительными. Первый принимает два потока с разных источников, объединяет их в один и направляет по нужной магистрали. В распределительный клапан поступает один поток, который разводят по нескольким контурам. Эти элементы используются не только для регулирования температуры теплоносителя, но и для защиты котла, чтобы не допускать «холостого» хода и перегрева. При этом установка клапана и схема будут не такими, как при использовании в сочетании с коллектором.

Смеситель с двухходовым клапаном, на байпасе полезно ставить скрытый вентиль под шестигранник вместо элемента с рукояткой.

Байпас – канал между обратной и подающей гребенкой, он создает малый круг и не дает насосу работать в тупик при закрытии одной из магистралей.

• Двухходовой клапан оснащается термостатической головкой, управляет подачей только по одному направлению. При использовании этого элемента в смесительном узле потребуется дополнительная установка байпасного вентиля. В большинстве случаев ставят запорную арматуру под шестигранник. Шаровые краны на этом узле использовать нельзя из-за невозможности точной регулировки, также не рекомендуется ставить вентиль с рукояткой, так как кто-то может случайно сбить всю настройку системы.

Смесительный узел устанавливают после коллектора. Между коллектором и котлом размещают насос, который обеспечивает движение по малому кругу. Смесительный трехходовой клапан устанавливают на подающую магистраль, распределительный – на обратную.

Расположение двухходовых и трехходовых клапанов в системе отопления

Задача	Двухходовой клапан	Трехходовой клапан (распределительный)	Трехходовой клапан (смесительный)
Защита котла	—	Подача	Обратка
Регулирование температуры	Подача	Обратка	Подача

 

Смесительный узел на двухходовом клапане от трехходового всегда можно отличить по наличию на байпасе вентиля.

Регулировка работы смесителя на примере двухходового клапана

В трехходовом клапане всегда открыт проток: если одна заглушка закрывается, то другая открывается. В смесителе с двухходовым запорным устройством закрывается только одна заглушка, это работает следующим образом: термоголовка определила, что температура носителя меньше, чем нужно, нажала на шток, кран открылся, и порция прошла в коллектор, смешавшись с жидкостью с обратки. Когда температура достигла нужных значений, термоголовка начинает закрываться: проток с подачи — снижается, проток с байпаса — увеличивается.

• Чем длиннее контур теплого пола, тем больше закрывают вентиль на байпасе.

Байпасный клапан имеет скрытый вентиль под шестигранный ключ. При настройке системы надо закрыть термостатический кран и открыть балансировочный. Настраивается ротаметры, затем вентиль на байпасе постепенно перекрывается, пока шток ротаметра не начнет показывать, что теплоносителя становится меньше.

Полностью открываем термостатический кран и опять закручиваем балансировочный кран. Как только тарелки ротаметров опускаются или поднимаются при повороте ключа на вентиле байпаса балансировка прекращается.

Нужна ли гидрострелка?

Гидравлический разделитель (гидрострелка) – устройство, которое обычно ставят между котлом и коллектором, оно обеспечивает нулевое сопротивление на этом участке. Визуально элемент представляет собой полую трубу с 4 патрубками: с одной стороны — два предназначены для котла, с другой – для коллектора. Вопрос об установке гидравлического разделителя встает, когда появляется потребность в установке более 4 насосов и более 1 котла.

Гидрострелку можно закрепить вертикально или горизонтально, это не имеет принципиального значения. Чаще выбирают первый вариант, так как это упрощает монтаж воздухоотводчика в верхней части. Снизу можно закрепить кран для удаления шлама.

Часто в статьях этому устройству приписывают свойства, которыми он не обладает. Перечислим задачи, для которых не стоит покупать гидрострелку.

• Не повышает кпд котла
• Не понижает затрат на топливо
• Не защищает от теплового удара
• Все равно надо подбирать насосы под каждый контур отдельно.
• Не предназначена для стравливания воздуха и защиты от шлама.

Гидрастрелка может ухудшить работу системы в том случае, если неправильно подобраны насосы. Например, котловой агрегат сильно уступает суммарной мощности приборов на других контурах. В результате этого теплоноситель на гребенку попадает уже холодным из-за смешения с обратным потоком.

Обязателен ли коллектор и смесительный узел?

В небольшом доме теплый пол может занимать не так много, в этом случае затраты на коллектор и смеситель себя не оправдают. Наиболее простым решение будет укладка теплого пола одним — двумя контурами, управлять которым будет термоголовка ТСГ или кран RTL. Регулировка в этой схеме происходит за счет ограничения температуры на обратном потоке.

Кран RTL не предназначен для установки на коллектор, он обладает высоким гидравлическим сопротивлением. Из-за большого размера головки элемент неудобно прикручивать на распределительный узел с большим количеством соседних контуров. Также из-за этого невозможно использовать встраиваемые сантехнические шкафы. Краны RTL не рекомендуется ставить на контур длиной более 70 метров. Термоголовку обычно убирают в пластиковый бокс, который вешают на стене.

Головка ТСГ также ограничивает обратный поток, но имеет евроконус, поэтому может устанавливаться на обратку коллектора. Исполнительное устройство воздействует на шток, а не на сам кран. При этом головка занимается рабочий кран коллектора, из-за этого установка сервопривода становится невозможной. Отсутствие сопротивление дает возможность установки более длинного контура.

Инструменты для монтажа

Разводной ключ большого и малого диаметра

Шуруповерт – для крепления сантехнического шкафа.

Дрель или перфоратор

Ход работ

• На обратную гребенку устанавливаем смеситель, если используется собранный заводской элемент, и ключом закручиваем накидную гайку (американку).
• На подающую ребенку по такому же принципу устанавливается смеситель.
• Устанавливаем воздухоотводчики на обратку и подачу.
• На противоположных от смесителя концах устанавливаются заглушки их следует затянуть ключом.
• На гребенку устанавливается сливной кран, обычно он располагается под воздухоотводчиком, они предназначены для стравливания газов из коллектора.
• Для удобства можно закрутить штуцер в гребенку отдельно, а затем установить на него кран.
• Между смесителем обратной и подающей гребенке закрепляется насос.
• Собирается крепежный элемент, у всех производителей он свой в виде полозьев или планок. Если используется самодельный коллектор, то крепеж изготавливается из подручных средств. Держатели сначала монтируют на гребенки и только потом на стену.
• Гребенки друг от друга должны находиться на одинаковом расстоянии, чтобы на стене они были параллельны. Это не техническое требование, а больше соображение с точки зрения эстетики. Чтобы выровнять гребенки, сначала их фиксируют на крепеже с одной стороны, затем такое же расстояние отмеряют с другого конца. В коротких коллекторах этого добиться просто. Обычно у многих производителей стандартное расстояние между гребенками должно составлять 21,5 см.
• На практике с точки зрения работы системы не имеет значения, какая из гребенок находится сверху. В большинстве случаев туда ставят подающий распределитель, но ничего не изменится, если поставить его снизу. Главное не перепутать подающие и обратные ротаметры.
• С заводского смесительного узла обратки снимается заглушка, к ней прикручивается термостатическая головка, измерительную гильзу вставляют в смеситель подающей гребенки.
• Две крепежные рейки закрепляются на стене. Крепеж и метизы подбираются в зависимости от материала основания. Желательно фиксировать коллектор в 4 точках.
• Подключение выполняется с помощью евроконуса. На трубу надевается гайка, затем кольцо, в отверстие ставится упорная втулка. Фиксацию производят с помощью двух ключей. Одним фиксируется шестигранник, другим — затягивают гайку. Нужно делать это аккуратно, чтобы не сорвать штуцер.
• Подводка контуров осуществляется с шагом 100 мм.
• Монтаж контура завершается подведением магистрали к обратной гребенке. Трубы надо помещать в изоляционный кожух. Заполнение системы производится через краны спуска и наполнения. Шаровые краны на коллекторе при этом перекрываются.

Как работают вакуумные коллекторы? — Hydro Solar Innovative Energy

Коллектор с вакуумными или вакуумными трубками, также называемый солнечным водонагревателем с вакуумными трубками, состоит из нескольких рядов параллельных прозрачных стеклянных трубок, соединенных с напорной трубой, в которых находится теплоноситель (обычно 50% пропилена). Гликоль) циркулирует и поглощает тепло, выделяемое трубками. Эти стеклянные трубки имеют цилиндрическую форму. Таким образом, угол солнечного света всегда перпендикулярен теплопоглощающим трубкам, что позволяет этим коллекторам хорошо работать даже при слабом солнечном свете, например, рано утром или поздно днем, или в тени облаков.
Вакуумные трубчатые коллекторы особенно полезны в районах с холодной облачной зимней погодой (большая часть Канады и северная часть США).

Вакуумные трубчатые коллекторы состоят из одного или нескольких рядов параллельных прозрачных стеклянных трубок, закрепленных на раме. Диаметр каждой отдельной трубки варьируется от 1 дюйма (25 мм) до 3 дюймов (75 мм) и от 5 футов (1500 мм) до 8 футов (2400 мм) в длину в зависимости от производителя. Каждая трубка состоит из толстой стеклянной внешней трубки и более тонкой стеклянной внутренней трубки (называемой «двойной стеклянной трубкой») или «трубки-термоса», которая покрыта специальным покрытием, поглощающим солнечную энергию, но препятствующим потере тепла. Трубки изготовлены из боросиликатного или известково-натриевого стекла, которое является прочным, устойчивым к высоким температурам и имеет высокий коэффициент пропускания солнечного излучения.

Внутри каждой стеклянной трубки плоское или изогнутое алюминиевое или медное ребро прикреплено к металлической тепловой трубке, проходящей через внутреннюю трубку. Ребро покрыто селективным покрытием, передающим тепло жидкости, циркулирующей по трубе. Эта герметичная медная тепловая трубка передает солнечное тепло за счет конвекции внутреннего теплоносителя к «горячей колбе», которая косвенно нагревает медный коллектор внутри напорного бака.

Все эти медные трубы подсоединены к общему коллектору, который затем подключается к накопительному баку, таким образом нагревая горячую воду в течение дня. Горячую воду можно использовать ночью или на следующий день благодаря изолирующим свойствам бака.

Изоляционные свойства вакуума настолько хороши, что, хотя температура внутренней трубки может достигать 150°C, внешняя трубка холоднее на ощупь. Это означает, что водонагреватели с вакуумными трубками могут хорошо работать и могут нагревать воду до довольно высоких температур даже в холодную погоду, когда плоские коллекторы работают плохо из-за потерь тепла.

Однако недостатком является то, что они могут быть намного дороже по сравнению со стандартными плоскими коллекторами. Солнечные коллекторы с вакуумными трубками хорошо подходят для коммерческого и промышленного нагрева горячей воды и могут быть эффективной альтернативой плоским коллекторам для отопления жилых помещений, особенно в районах, где часто бывает облачно.

Солнечные водонагреватели с вакуумными трубками в целом более современны и более эффективны по сравнению со стандартными плоскими коллекторами, поскольку они могут извлекать тепло из воздуха во влажные пасмурные дни и не нуждаются в прямом солнечном свете для работы.

Благодаря вакууму внутри стеклянной трубки общая эффективность во всех областях выше, и производительность лучше, даже когда солнце не находится под оптимальным углом. Для этих типов солнечных панелей для горячей воды конфигурация вакуумной трубки действительно важна. Существует несколько различных конфигураций вакуумных трубок, трубка с одной стенкой, трубка с двойной стенкой, прямоточная или тепловая трубка, и эти различия могут определять, как жидкость циркулирует вокруг солнечной панели горячего водоснабжения.

Вакуумный трубчатый коллектор для солнечной системы горячего водоснабжения

Солнечный вакуумный трубчатый коллектор для горячей воды

Вакуумный трубчатый коллектор (ETC) состоит из нескольких герметичных стеклянных трубок, внутри которых находится теплопроводящий медный стержень или труба, что обеспечивает высокую тепловая эффективность и рабочая температура по сравнению с плоскими солнечными коллекторами даже в морозный день.

В предыдущем уроке мы рассмотрели плоских солнечных коллекторов и увидели, что они состоят из черненой металлической поглощающей пластины и водопроводных труб, заключенных в герметичный металлический (или деревянный) застекленный и изолированный короб. Трубы, называемые стояками, припаяны к пластине абсорбера, по которым проходит жидкость, нагретая солнцем, а в системе прямого нагрева вода нагревается по мере того, как она циркулирует через панели в накопительный бак. В непрямых системах солнечная энергия нагревает смесь гликоля и воды, которая не может замерзнуть и которая, в свою очередь, нагревает воду в баке.

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

Солнечные системы горячего водоснабжения, в которых в качестве источника тепла используются вакуумные трубчатые коллекторы , решают эту проблему, поскольку в солнечном коллекторе используются отдельные закругленные трубы, которые большую часть дня всегда перпендикулярны солнечным лучам. Это позволяет солнечной системе горячего водоснабжения, использующей вакуумный трубчатый коллектор , работать с гораздо более высокой эффективностью и температурой в течение гораздо более длительного периода времени, чем обычная система, установленная с одним плоским коллектором.

Еще одним преимуществом технологии солнечных вакуумных трубок является то, что проблемы с весом и конструкцией крыши, вызванные стандартными плоскими системами, устраняются, поскольку солнечные трубки не заполнены большим количеством тяжелой воды.

Вакуумный трубчатый коллектор

Вакуумный трубчатый коллектор

Вакуумный трубчатый коллектор состоит из нескольких рядов параллельных прозрачных стеклянных трубок, соединенных с напорной трубой и используемых вместо зачерненной теплопоглощающей пластины, которую мы видели в предыдущий плоский коллектор.

Эти стеклянные трубки имеют цилиндрическую форму. Таким образом, угол солнечного света всегда перпендикулярен теплопоглощающим трубкам, что позволяет этим коллекторам хорошо работать даже при слабом солнечном свете, например, рано утром или поздно днем, или в тени облаков. Вакуумные трубчатые коллекторы особенно полезны в районах с холодной и пасмурной зимней погодой.

Так как же работают солнечные вакуумные трубчатые коллекторы?. Вакуумные трубчатые коллекторы состоят из одного или нескольких рядов параллельных прозрачных стеклянных трубок, закрепленных на раме. Диаметр каждой отдельной трубки варьируется от 1 дюйма (25 мм) до 3 дюймов (75 мм) и от 5 футов (1500 мм) до 8 футов (2400 мм) в длину в зависимости от производителя.

Каждая трубка состоит из толстой стеклянной внешней трубки и более тонкой стеклянной внутренней трубки (называемой «двойной стеклянной трубкой») или «трубки-термоса», которая покрыта специальным покрытием, поглощающим солнечную энергию, но задерживающим тепло потеря. Трубки изготовлены из боросиликатного или известково-натриевого стекла, которое является прочным, устойчивым к высоким температурам и имеет высокий коэффициент пропускания солнечного излучения.

В отличие от плоских коллекторов, вакуумные трубчатые коллекторы не нагревают воду непосредственно внутри труб. Вместо этого воздух удаляется или откачивается из пространства между двумя трубками, образуя вакуум (отсюда и название вакуумных трубок ).

Этот вакуум действует как изолятор, значительно снижая любые потери тепла в окружающую атмосферу посредством конвекции или излучения, что делает коллектор намного более эффективным, чем внутренняя изоляция, которую могут предложить плоские коллекторы. С помощью этого вакуума вакуумные трубчатые коллекторы обычно производят более высокую температуру жидкости, чем их аналоги с плоскими пластинами, поэтому летом они могут сильно нагреваться.

Вакуумный трубчатый коллектор

Внутри каждой стеклянной трубки плоское или изогнутое алюминиевое или медное ребро прикреплено к металлической тепловой трубке, проходящей через внутреннюю трубку. Ребро покрыто селективным покрытием, передающим тепло жидкости, циркулирующей по трубе. Эта герметичная медная тепловая трубка передает солнечное тепло за счет конвекции внутреннего теплоносителя к «горячей колбе», которая косвенно нагревает медный коллектор внутри напорного бака.

Все эти медные трубы подключены к общему коллектору, который затем подключается к накопительному баку, таким образом нагревая горячую воду в течение дня. Горячую воду можно использовать ночью или на следующий день благодаря изолирующим свойствам бака.

Изоляционные свойства вакуума настолько хороши, что, хотя температура внутренней трубки может достигать 150 ^o C, внешняя трубка холоднее на ощупь. Это означает, что водонагреватели с вакуумными трубками могут хорошо работать и могут нагревать воду до довольно высоких температур даже в холодную погоду, когда плоские коллекторы работают плохо из-за потерь тепла.

Однако недостатком использования вакуумных трубок является то, что панель может быть намного дороже по сравнению со стандартными плоскими коллекторами или солнечными коллекторами периодического действия. Солнечные коллекторы с вакуумными трубками хорошо подходят для коммерческого и промышленного 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 являются более современными и более эффективными по сравнению со стандартными плоскими коллекторами, поскольку они могут извлекать тепло из воздуха во влажные пасмурные дни и не нуждаются в прямом солнечном свете для работы. Благодаря вакууму внутри стеклянной трубки общая эффективность во всех областях выше, и производительность лучше, даже когда солнце не находится под оптимальным углом. №

Для этих типов солнечных панелей горячего водоснабжения конфигурация вакуумной трубки — это то, что действительно важно. Существует несколько различных конфигураций вакуумных трубок, трубка с одной стенкой, трубка с двойной стенкой, прямоточная или тепловая трубка, и эти различия могут определять, как жидкость циркулирует вокруг солнечной панели горячего водоснабжения.

Вакуумные трубчатые коллекторы с тепловыми трубками

В вакуумных трубчатых коллекторах с тепловыми трубками герметичная тепловая трубка, обычно сделанная из меди для повышения эффективности коллекторов при низких температурах, прикреплена к теплопоглощающей отражающей пластине внутри вакуумной герметичной трубки. Из полого медного теплообменника внутри трубы удален воздух, но он содержит небольшое количество жидкости спирт/вода под низким давлением, а также 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 виде солнечного излучения попадает на поверхность поглотительной пластины внутри трубки, жидкость в тепловой трубке быстро превращается в горячий парообразный газ из-за наличия вакуума. Поскольку этот газовый пар теперь легче, он поднимается к верхней части трубы, нагревая ее до очень высокой температуры.

Верхняя часть тепловой трубки и, следовательно, вакуумная трубка соединены с медным теплообменником, называемым «коллектором». Когда горячий пар, все еще находящийся внутри герметичной нагревательной трубки, попадает 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 снова конденсируется из газа в жидкость, текущую обратно по тепловой трубе для повторного нагрева.

Тепловая трубка и, следовательно, вакуумные трубчатые коллекторы должны быть установлены таким образом, чтобы иметь минимальный угол наклона (около 30 ^o ), чтобы внутренняя жидкость тепловой трубки возвращалась обратно к горячему поглотителю пластина на дне трубы. Этот процесс превращения жидкости в газ и обратно в жидкость продолжается внутри герметичной тепловой трубки до тех пор, пока светит солнце.

Основное преимущество вакуумных трубчатых коллекторов с тепловыми трубками заключается в том, что существует «сухое» соединение между пластиной абсорбера и коллектором, что значительно упрощает установку по сравнению с прямоточными коллекторами. Кроме того, в случае растрескивания или поломки вакуумной трубки и потери вакуума, можно заменить отдельную трубку без опустошения или демонтажа всей системы. Эта гибкость делает солнечные коллекторы горячей воды с вакуумными трубками с тепловыми трубками идеальными для солнечных конструкций с замкнутым контуром, поскольку модульная сборка обеспечивает простоту установки и возможность легкого расширения путем добавления любого количества трубок.

Прямоточный вакуумный трубчатый коллектор

Прямоточный вакуумный трубчатый коллектор, также известный как U-образный трубчатый коллектор, отличается от предыдущих тем, что он имеет две тепловые трубки, проходящие через центр трубы. Одна труба действует как подающая труба, а другая – как обратная. Обе трубы соединены вместе в нижней части трубы с помощью «U-образного изгиба», отсюда и название.

Теплопоглощающая отражающая пластина действует как разделительная полоса, которая разделяет подающую и обратную трубы через трубы солнечного коллектора. Пластина поглотителя и трубка теплопередачи также герметично запаиваются внутри стеклянной трубки, что обеспечивает исключительные изоляционные свойства.

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

Поскольку теплоноситель втекает в каждую трубу и выходит из нее, коллекторы с прямоточным вакуумным трубчатым коллектором не такие гибкие, как коллекторы с тепловыми трубками. Если трубка треснет или сломается, ее нельзя будет легко заменить. Системе потребуется опорожнение, так как между трубкой и коллектором имеется «мокрое» соединение.

Многие профессионалы в области солнечной энергетики считают, что конструкции с вакуумными трубками с прямым потоком являются более энергоэффективными, чем конструкции с тепловыми трубками, потому что при прямоточном потоке между жидкостями отсутствует теплообмен. Кроме того, в цельностеклянной конструкции с прямым потоком две тепловые трубки расположены одна внутри другой, так что нагреваемая жидкость проходит по середине внутренней трубки, а затем возвращается обратно через внешнюю трубку абсорбера.

Вакуумные трубки с прямым потоком могут собирать как прямое, так и рассеянное излучение и не требуют слежения за солнцем. Однако отражатели различной формы с параболическими желобами, расположенные за трубками, иногда используются для полезного сбора части солнечной энергии, которая в противном случае может быть потеряна, что обеспечивает небольшую концентрацию солнечной энергии.

Другие рекомендации по использованию вакуумных трубчатых коллекторов

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

Уже в продаже

Солнечное отопление для бытовых нужд: эксперт Earthscan…

Чтобы предотвратить это в жаркий летний климат, используются байпасные клапаны и большие теплообменники для «сброса» избыточного тепла, а также смесительные клапаны, которые смешивают обычную (холодную) воду с горячей водой, чтобы обеспечить температуру и уровни давления никогда не превышают заданный предел.

Кроме того, коллекторы с тепловыми трубками никогда не должны подвергаться воздействию прямых солнечных лучей, если через теплообменник не протекает теплоноситель. Это приведет к тому, что пустой теплообменник сильно нагреется и может треснуть из-за внезапного удара, когда через него начнет течь холодная вода.

Несмотря на то, что коллекторы с вакуумными трубками способны нагревать воду зимой до +50 градусов по Цельсию, внешняя стеклянная трубка вакуумных трубок не нагревается, как обычные плоские солнечные коллекторы, во время работы. Это связано с присущими вакууму внутри трубки изоляционными свойствами, которые предотвращают охлаждение внешней тепловой трубки за счет внешней температуры окружающей среды, которая может быть значительно ниже точки замерзания.

Таким образом, в более холодные зимние месяцы эти типы коллекторов не могут растопить большое количество снега, падающего на них в любой момент времени, что означает, что ежедневная очистка стеклянных трубок от снега и льда может быть проблемой без их поломки.

Даже если очень снежно или очень холодно, через трубы будет проходить достаточно солнечного света, чтобы трубы оставались значительно выше точки замерзания, и при этом была возможность предварительно нагревать воду, которую затем можно нагреть с помощью стандартного электрического погружного нагревателя или газовой горелки, что снижает затраты. подогрев воды зимой.

Вакуумные трубчатые коллекторы — это очень эффективный способ нагрева большей части используемой горячей воды только за счет энергии солнца. Они могут работать при очень высоких температурах, но более хрупкие, чем другие типы солнечных коллекторов, и их установка намного дороже. Они могут использоваться как в активной системе горячего водоснабжения с открытым контуром (без теплообменника), так и в активной системе с замкнутым контуром (с теплообменником), но требуется насос для циркуляции теплоносителя из коллектора в хранилище, чтобы остановить 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 интегральных коллекторов или ICS, и посмотрим, как их можно использовать как для генерации, так и для хранения солнечной энергии.