Coletor solar a vácuo: princípio de operação + como se montar

Muito dinheiro é gasto em água quente e aquecimento de ambiente. Mas existe uma fonte alternativa de energia - um coletor solar a vácuo. Você já ouviu falar sobre isso? Permite reduzir significativamente os custos financeiros para manter o conforto, proporcionando o máximo efeito de aquecimento com mínima perda de calor.

Este dispositivo pode ser comprado de fabricantes de equipamentos domésticos ou montado de forma independente em casa. Para escolher um modelo adequado, muitas informações ainda precisam ser estudadas. Ajudaremos você a determinar os principais critérios para a compra.

O artigo enfocará o princípio de operação e o design do coletor de vácuo. Falaremos sobre os recursos de design de vários modelos, consideraremos os prós e os contras dessas instalações. Além disso, descreveremos em detalhes como fazer e instalar um coletor solar a vácuo.

O material é acompanhado por vídeos nos quais você aprenderá sobre os importantes recursos e princípios de operação dos coletores a vácuo.

O princípio de operação da unidade de vácuo

O coletor solar a vácuo difere dos sistemas solares convencionais no caminho processamento de energia solar. Uma bateria clássica simplesmente recebe luz e a converte em eletricidade. O coletor é composto por tubos de vidro com um vácuo recriado no interior. Eles são combinados em um único sistema através de nós de acoplamento especiais.

Dentro de cada tubo há um canal de uma ou duas hastes de cobre com um líquido de refrigeração. Ao capturar os raios do sol, o elemento ativo aquece o material de transferência de calor, garantindo assim a operação do coletor.

Devido a esse projeto, o nível de transferência de energia aumenta significativamente e a perda de calor é significativamente reduzida, pois a camada de vácuo permite economizar cerca de 95% da energia solar capturada.

Um coletor solar a vácuo, localizado no telhado de uma casa particular, fornecerá aos moradores água quente durante todo o ano e, durante a estação fria, aquecerá confortavelmente a sala, sem gastar muito dinheiro

Além disso, a dependência da produtividade do reservatório em relação à sazonalidade, temperatura ambiente e diversas condições climáticas, como rajadas de vento, nebulosidade variável, precipitação, etc., diminui.

Como é organizado um coletor a vácuo?

Os modernos dispositivos de vácuo que fornecem calor e água quente às instalações devido à energia solar são tecnologicamente diferentes.

Os coletores são divididos nos seguintes tipos:

• tubular sem revestimento protetor de vidro;
• módulo com conversão reduzida;
• versão plana padrão;
• dispositivo com isolamento térmico transparente;
• unidade de ar;
• coletor de vácuo plano.

Um coletor solar a vácuo pode fornecer água quente e aquecimento a qualquer momento do ano e em qualquer clima (+)

Todos eles têm uma semelhança estrutural comum, portanto, consistem em:

• tubo transparente externode onde o ar é completamente bombeado;
• tubo aquecidolocalizado em um tubo grande onde o líquido de arrefecimento gasoso ou gasoso se move;
• uma ou duas válvulas pré-fabricadasaos quais tubos de maior calibre estão conectados e um loop de circulação de tubos finos colocados no interior é incluído.

Todo o design lembra algo de uma garrafa térmica com paredes transparentes, na qual é mantido um nível sem precedentes de isolamento térmico. Devido a esse recurso, o alojamento do tubo interno adquire a capacidade de aquecer com eficiência e fornecer totalmente o recurso energético ao líquido de arrefecimento que circula no interior.

Nuances Estruturais e Classificação

Os coletores do tipo vácuo são classificados pelo tipo de tubo de vidro instalado na estrutura ou pelas características dos canais de calor. Os tubos são geralmente coaxiais e de penas, e os canais de calor são do tipo reto e do tipo de tubo de calor. .

Característica do tubo coaxial

Os tubos coaxiais são um frasco térmico de vidro duplo com um espaço de vácuo criado artificialmente entre as paredes.A superfície interna do tubo possui uma camada de revestimento especial de absorção de calor; portanto, a transferência de calor real ocorre diretamente das paredes do bulbo de vidro.

Os tubos coaxiais são feitos de vidro de alta resistência à base de borossilicato com alta transmitância de luz. Os elementos, dependendo do fabricante, possuem até três camadas de pulverização magnética, demonstram excelente resistência e resistência a várias manifestações atmosféricas (chuva, granizo etc.), suportam pressão de 1 Mpa e servem de maneira confiável por 15 anos

Como elemento absorvente, um tubo de cobre contendo uma composição de éter é soldado em um tubo de vidro. No processo de aquecimento, evapora, libera eficazmente o calor, condensa e drena para o fundo do tubo. Então o ciclo se repete, criando assim um processo contínuo de transferência de calor.

Recursos do tubo de penas

Os tubos de caneta a vácuo têm uma espessura de parede maior que a coaxial e não consistem em dois, mas em um balão. O elemento interno de absorção de cobre é fornecido ao longo de todo o comprimento com um amplificador forte - uma placa ondulada com um revestimento de alto nível que absorve energia.

Devido a esse recurso de design, o vácuo está localizado diretamente no canal de calor, parte do qual, junto com o absorvente, é integrado diretamente ao balão.

O tubo de vácuo da caneta dentro contém uma placa semelhante a uma caneta em sua forma. Em termos de eficiência, excede as capacidades de sua contraparte coaxial, mas tem um custo significativamente mais alto e é difícil de substituir em caso de violação da integridade do balão ou falha do elemento de aquecimento

Os coletores feitos com base em tubos de vácuo de penas são considerados os mais eficientes em sua classe, lidam perfeitamente com as tarefas e servem de maneira confiável por muitos anos.

Princípio de funcionamento do tubo de calor

Os canais de calor de um tubo de aquecimento consistem em tubos fechados contendo uma composição líquida facilmente volátil. Sob a influência da luz solar, aquece, passa para a região superior do canal e concentra-se em um coletor de calor especial (coletor).

O fluido de trabalho nesse momento libera todo o calor acumulado e cai novamente para retomar o processo.

A luva do trocador de tubo de calor é conectada ao trocador de calor do coletor através de um soquete especial soldado no trocador de calor de 1 tubo em si ou dobrado por um trocador de calor de 2 tubos.

O elemento de trabalho do tubo de calor é feito de cobre, em casos mais raros - de alumínio. Apresenta alta resistência a cargas operacionais, é confiável há 15 anos, tem um custo razoável e é um dos elementos mais populares dos modernos sistemas solares a vácuo de tubos

O transportador de calor seleciona a energia liberada do reservatório de calor e a transfere ainda mais através do sistema, garantindo a disponibilidade de água quente nas torneiras e radiadores. O sistema de tubulação de calor é fácil de instalar e demonstra alta eficiência durante a operação.

Os coletores equipados com tubos de vácuo de tubo de calor têm um bom nível de confiabilidade e são adequados para uso não apenas na vida cotidiana, mas também em sistemas solares de alta pressão

No caso de uma falha ou falha sem dificuldades, é possível substituir a unidade danificada por uma nova, sem recorrer à reconstrução de todo o sistema.

O trabalho de reparo pode ser realizado facilmente no local do coletor, sem desmontar a unidade e sem aplicar esforços desnecessários ao trabalho.

Descrição de um trocador de calor em linha em forma de U

O tubo do trocador de calor de fluxo direto tem o formato da letra U. A água ou o fluido de trabalho do sistema de aquecimento circulam no interior. Uma parte do elemento é destinada ao líquido de refrigeração frio e a segunda descarrega corretamente a já aquecida.

Durante a incandescência, a composição ativa se expande e entra no tanque de armazenamento, criando assim uma circulação natural de fluido no sistema. Um revestimento seletivo especial aplicado às paredes internas aumenta a capacidade de absorção de calor e aumenta a eficiência do sistema como um todo.

Comparados aos tubos do tipo heat-pipe, os produtos em forma de U têm maior resistência hidráulica, impõem demandas crescentes ao líquido de refrigeração e são muito mais caros. Os coletores que operam em tubos U de passagem única não podem trabalhar sob alta pressão e fornecer transferência de calor de alta qualidade somente durante a estação quente

Os tubos do tipo U demonstram alto desempenho e proporcionam transferência de calor sólida, mas ao mesmo tempo eles têm uma desvantagem significativa. Eles formam uma construção integral com coletores e são sempre montados juntos.

Substitua um único tubo que falhou, não funcionará. Para reparo, você precisará desmontar todo o complexo e colocar um novo em seu lugar.

Comparação de várias modificações

Na fabricação de unidades solares, os canais de calor e os tubos de vidro a vácuo para coletores solares são combinados em uma variedade de combinações.

Os mais populares entre os consumidores são modelos coaxiais com um tubo de calor. Os compradores são atraídos pelo preço fiel dos dispositivos e por um serviço muito simples e acessível durante todo o ciclo de vida.

O coletor solar a vácuo com um tubo de calor de canal de trabalho é perfeitamente reparado. Os tubos danificados são substituídos no local e não envolvem desmontar o sistema ou movê-lo para outro local. No entanto, a transferência de calor nesses modelos é difícil, devido à qual a eficiência de saída não é superior a 65%

Os dispositivos de vácuo com canais de tubos de calor demonstram alta confiabilidade e não têm restrições de uso, mesmo em complexos térmicos solares de alta pressão.

Os dispositivos com um balão coaxial contendo canais em forma de U de fluxo direto também estão incluídos na lista de canais populares. Eles são caracterizados por parâmetros como baixa perda de calor e eficiência de 70% ou mais.

Para uma operação correta, um dispositivo de vácuo com um canal em U deve ser instalado corretamente. É desejável que o ângulo mínimo de inclinação seja de pelo menos 20⁰. Somente neste caso será possível garantir o retorno máximo

A situação é um pouco estragada: um processo de reparo complexo, manutenção específica durante a operação e a incapacidade de substituir uma única unidade danificada. Se algo acontecer com o dispositivo, ele será desmontado e um coletor completamente novo será instalado.

Os tubos da fonte são estruturalmente um único cilindro de vidro com paredes fortes espessadas (dependendo do fabricante, de 2,5 mm ou mais). A inserção absorvente de caneta contida nela se encaixa firmemente em um canal de trabalho feito de metal condutor de calor.

Um isolamento quase perfeito cria um espaço de vácuo dentro do recipiente de vidro. O absorvente transfere o calor absorvido sem perda e fornece ao sistema uma eficiência de até 77%.

Em caso de mau funcionamento, os coletores equipados com tubos de penas devem ser reparados. Não é necessário alterar o sistema inteiro, basta detectar uma unidade danificada, desmontá-la e colocar uma nova neste local

Os modelos com um elemento de penas são um pouco mais caros que os coaxiais, mas devido à sua alta eficiência, eles proporcionam conforto total na sala e rapidamente se pagam.

Os mais eficazes e eficientes são os frascos de penas com canais internos de fluxo direto. Sua eficiência real às vezes atinge níveis recordes de 80%.

Ao instalar os tubos de penas na estrutura, uma porca de compressão forte com um anel e uma junta resistente ao calor é colocada no núcleo de cada peça.Isso garante a integridade de toda a estrutura e permite que o coletor funcione totalmente em qualquer condição

O preço dos produtos é bastante alto e, durante o reparo, é necessário drenar todo o líquido refrigerante do sistema e só então prosseguir com a solução de problemas.

Qual deve ser o dissipador de calor?

O coletor de calor é outro elemento de trabalho muito importante do coletor de vácuo. Através deste nó, o calor acumulado é transferido dos tubos para o líquido de refrigeração.

O coletor de calor está localizado na parte superior do dispositivo. Um de seus componentes, o núcleo de cobre, recebe energia e a transfere para o principal transportador de calor que circula no “trocador de calor coletor de tanque” do sistema fechado.

A operação correta é garantida quando conectado ao sistema bomba de circulação. A automação que controla o complexo de aquecimento monitora claramente o nível de temperatura nos canais e, se ficar abaixo do mínimo crítico permitido (por exemplo, durante a noite), interrompe a bomba.

Isso permite evitar o aquecimento reverso quando o líquido de refrigeração começa a coletar o calor da água quente coletada no tanque de armazenamento.

Prós e contras dos coletores a vácuo

A principal vantagem das unidades é a quase completa ausência de perda de calor durante a operação. Isso fornece um ambiente de vácuo, que é um dos isoladores naturais da mais alta qualidade. Mas a lista de benefícios não termina aí.

Os dispositivos têm outras vantagens pronunciadas:

• eficiência do trabalho em indicadores de baixa temperatura (até -30 ° C);
• a capacidade de acumular temperaturas de até 300 ° C;
• A absorção máxima possível de energia térmica, incluindo o espectro invisível;
• estabilidade operacional;
• baixa suscetibilidade a manifestações atmosféricas agressivas;
• baixo nível de vento devido às características estruturais de sistemas tubulares capazes de passar por si massas de ar de diferentes densidades;
• alto nível de eficiência em regiões com clima temperado e frio, com um pequeno número de dias claros e ensolarados;
• durabilidade sujeita às regras básicas de operação;
• disponibilidade para reparo e capacidade de alterar não todo o sistema, mas apenas um fragmento com falha.

As desvantagens incluem a incapacidade dos coletores de se auto-limparem de geadas, gelo, neve e o alto preço dos componentes necessários para a montagem da unidade em casa.

O coletor solar é um dispositivo eficaz que permite converter energia solar em energia térmica praticamente sem perda

Montagem DIY

O processo de montagem de um coletor de vácuo começa com a fabricação de uma estrutura de substrato para itens de trabalho. É montado imediatamente no local alocado para a unidade.

O tamanho e as dimensões do quadro dependem inteiramente do modelo que você planeja criar e geralmente são prescritos nas instruções, que estão localizadas nos documentos de suporte dos componentes.

A estrutura acabada do coletor é fixada no teto para que ele ocupe uma posição clara e não balance. Se o telhado do edifício for ardósia, eles usam vigas torneadas e parafusos grossos de grande calibre. Para outros materiais de cobertura, são utilizadas âncoras convencionais.

Eu fixo os locais onde a moldura se une à superfície do telhado com selante, para que no futuro a água não entre na casa através de aberturas. Em seguida, o tanque de armazenamento é entregue no local da instalação e é fixado com parafusos na parte superior da estrutura.

O próximo passo é coletar o aquecedor, sensor de temperatura e ventilação de ar automatizada. Todas as unidades auxiliares e peças relacionadas são colocadas nos amaciadores fornecidos. Para fixar o sensor de temperatura, use uma chave de caixa.

Em seguida, equipe o suprimento de comunicações pela água. Para isso, os tubos são retirados de qualquer material resistente a indicadores de baixa temperatura e capazes de suportar até 95 ° C. Bem comprovado tubos e conexões de polipropileno.

Os tubos de polipropileno são ideais para organizar a conexão do coletor solar com o sistema de encanamento da sala de estar. Os acessórios têm boas características físicas e resistência operacional, servem com confiabilidade por muitos anos e são facilmente substituídos em caso de rachaduras ou rasgos

Ao conectar o suprimento de água, o tanque de armazenamento é enchido com água e testado quanto a vazamentos. Se forem detectados vazamentos em algum lugar dentro de 3-4 horas, eles serão reparados.

No final, elementos de aquecimento estão instalados. Para isso, o tubo de cobre é embrulhado em folha de alumínio e colocado em um tubo de vácuo de vidro. Abaixo, um copo de fixação e uma antera de borracha durável e flexível são colocados no balão.

A ponta de cobre superior do tubo é empurrada até o capacitor de latão. A graxa viscosa de contato térmico não é removida dos tubos. O mecanismo de travamento é travado no suporte e todos os demais tubos de vidro são montados no mesmo princípio.

Os coletores solares tubulares requerem manutenção regular e limpeza obrigatória, especialmente durante períodos de forte nevasca. Se você seguir essas regras simples, elas funcionarão por um longo tempo e manterão um alto nível de eficiência durante todo o período operacional.

Um bloco de montagem é colocado na estrutura, uma fonte de alimentação de 220 volts é conectada a ela e três unidades auxiliares são conectadas ao sistema - um elemento de aquecimento, uma saída de ar e um sensor de temperatura.

O último a conectar o controlador, projetado para o gerenciamento correto do complexo. Os parâmetros operacionais desejados são inseridos no menu do controlador e o sistema é iniciado no modo padrão.

Uma instrução passo a passo sobre a construção de um coletor solar é dada em este artigo.

Como colocar o dispositivo?

Para que o coletor de vácuo funcione totalmente e forneça efetivamente à sala a energia necessária, é necessário que ele encontre o local mais adequado e oriente corretamente o dispositivo em relação às partes do mundo.

Os coletores solares a vácuo são muito mais práticos do que seus pares planos. Quando um dos tubos de trabalho fica danificado e falha, é muito fácil substituí-lo por um novo. Depois disso, o sistema continuará funcionando como antes. Se ao mesmo tempo não houver oportunidade de colocar um novo elemento em seu lugar, isso não importa. A unidade poderá cumprir suas “tarefas”, mesmo se um nó com um elemento danificado estiver disponível

Para assentamentos do hemisfério norte, é importante colocar o coletor na parte sul do telhado da casa ou no lado ensolarado do local. É desejável garantir um desvio mínimo para o plano do dispositivo.

Se não houver possibilidade de direcionar a superfície para o sul, vale a pena escolher entre o oeste e o leste o ângulo mais leve no espaço aberto.

A alta eficiência de trabalho do coletor a vácuo também se deve ao fato de ele agir segundo o princípio de um espelho e nivelar sua energia térmica com base na altura atual do sol

O complexo solar de energia não deve cobrir chaminés, fragmentos decorativos de coberturas, galhos de árvores espalhados e altos edifícios residenciais ou técnicos. Isso reduzirá a eficiência e o nível de aquecimento dos elementos ativos.

Se a unidade estiver localizada corretamente, ela fornecerá quase a mesma transferência de calor ao longo do ano, independentemente da estação.

Se não houver muita experiência na implementação de trabalhos complexos de reparo, instalação e serralharia, aspirar os tubos em casa é irracional. Esse processo é muito trabalhoso e requer conhecimento especial e equipamentos especializados.

Além disso, os elementos do tipo vácuo produzidos por si têm um nível de eficiência muito menor do que as peças de fábrica. Portanto, é mais razoável comprar produtos de um fabricante especializado e, em seguida, tente montar várias seções em casa.

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Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Uma descrição detalhada e detalhada do tubo de vácuo, o princípio de seu funcionamento e as características do funcionamento do coletor solar como um todo. O autor fala sobre algumas nuances interessantes e mostra que a instalação pode ser uma alternativa real a uma caldeira a gás.

Informações interessantes sobre o trabalho do coletor solar no inverno.

Como montar um coletor solar a vácuo com as próprias mãos em casa. Todas as nuances do processo, recomendações e dicas úteis.

Conhecendo o princípio básico de operação de um coletor solar a vácuo tubular, você mesmo pode montar a unidade. A instalação atenderá totalmente aos requisitos e necessidades individuais pessoais.

Isso não é muito difícil, mas exige maior atenção, escrupulosidade e certas habilidades; caso contrário, o risco de danificar a integridade do frasco e violá-lo aumenta significativamente.

Todos os interessados ​​na questão da escolha, instalação ou montagem do coletor solar são convidados a deixar comentários e fazer perguntas. O formulário de contato está localizado no bloco inferior.