Функции и конструкция вакуумных трубок

Солнечный коллектор — это устройство, предназначенное для производства нагрева материала-теплоносителя путем сбора тепловой солнечной энергии. Одной из составляющих и непосредственно сердцем солнечного коллектора, является вакуумная трубка. Расположение трубок в ней создает идеальную термоизоляцию — сосуд Дьюара.

Сосуд Дьюара — это приспособление, предназначенное для теплоизоляции вещества содержащегося в нем. Подобный сосуд был открыт шотландским химиком и физиком в 1892 году по имени Джеймс Дьюар.

Устройство вакуумной трубки отвечает за трансформацию света в тепло, путем поглощения света. Поглощение тепла происходит благодаря внешней и внутренней стенке, после чего тепловая энергия передается воде, которая отделена стеклом. Кроме преобразования света в тепло она имеет и другую функцию, предотвращение потери тепла при помощи способа вакуумной изоляции трубки солнечного коллектора.

Конструкция трубок

Подобный трубчатый элемент по своей конструкции походит на термос. Представляет собой две стеклянные трубки, одна из которых вставлена в другую. Торцы каждой из трубок запаяны. Трубка, располагающаяся внутри другой, имеет черное покрытие, поглощающее свет, в пространстве между ними полностью отсутствует воздух. Покрыта она черным нитритом алюминия, которые поглощает более 95 % падающего солнечного излучения.

Изготовлены вакуумированные части из боросиликатного стекла, которое также используется в производстве сварочных кухонных поверхностей. Подобное стекло устойчиво к возникновению трещин и имеют высокий уровень вязкости. К тому же вакуумированные трубы высокопрочные и защищены от повреждений, которые может нанести град. Изготовлены трубчатые элементы из толстого стекла.

Вакуумированная изоляция

Вакуумный трубчатый элемент неспроста так называется, свое наименование он получил из-за процесса, при помощи которого из пространства между ними выкачивают воздух. Такой процесс называется — вакуумирование пространства. За счет чего между трубами образуется безвоздушное пространство.

Благодаря этому процессу даже в холодную погоду вакуумные трубчатые коллекторы сохраняют большую часть тепла и не отдают его обратно в атмосферу. Именно потому солнечные вакуумированные коллекторы являются идеальными для горячего водоснабжения для мест с холодной зимой.

Также благодаря вакууму трубы способны выносить резкие перепады температуры, при этом, не теряя тепло. Так, трубчатые элементы коллекторов остаются эффективными в различных погодных условиях.

Кроме выкачивания воздуха, в безвоздушное пространство помещают специальный газ, бариумный поглотитель, благодаря ему в безвоздушное пространство не попадают различные газы, из-за которых трубчатые части солнечных коллекторов будет плохо сохранять тепло, что приведет к потере эффективности коллектора.

Этот газ способен обеспечить жизнестойкость трубок коллектора до 15-20 лет. Со временем газ сможет просочиться внутрь трубы, тогда благодаря бариумному поглотителю цвет стенки внутреннего элемента превратится из серебристого цвета в белый цвет. Это поможет определить, когда устройство выходит из строя, и нуждается в смене труб.

Вакуумная трубка: принцип работы

Как уже говорилось ранее, вакуумные трубки работают по принципу термоса. Полость между трубками заполняется жидкостью и образует безвоздушное пространство. За счет чего тепловые потери уменьшаются благодаря сохранению более чем 90% энергии, которая улавливается. Это означает, что за счет безвоздушной прослойки нагрев воды возможен даже при температуре окружающей среды с показателем минус.

Боросиликатное стекло, из которого изготовлены наружные оболочки труб, способно длительное время сохранять оптические характеристики, к тому же оно обладает повышенной прочностью. Использование подобной системы обеспечивает большой коэффициент полезного действия подобного аппарата. Солнечные коллекторы способны сохранять работоспособность даже в условиях плохой освещенности и низких температур.

Солнечный коллектор остается эффективным на протяжении всего дня, потому как из-за цилиндрической формы, солнечные лучи будут попадать на трубы под прямым углом, благодаря чему минимизируется отражение света и потеря энергии. Подобные приборы обладают устойчивостью к различным факторам механического воздействия.

Преимущества вакуумных трубок

1. Благодаря возможности абсорбировать полное излучение не только с передних, но и с задних поверхностей трубок, вакуумный коллектор имеет большую мощность. Кроме того, подобный эффект можно увеличить в разы, расположив за трубами солнечного коллектора поверхность, которая способна отражать свет. В зимнюю пору снег также является идеальной отражающей поверхностью, которая способна намного увеличить выработку тепла.
2. Вакуумные трубчатые коллекторы очень стойкие к различным механическим повреждениям, за счет того, что трубы коллекторов изготовлены из особо прочного боросиликатного стекла, способные выдержать даже удары града.
3. Солнечные трубчатые элементы также устойчивы к внешним загрязнениям. Все из-за их формы в виде цилиндра и их расположения относительно друг друга. Снег, пыль, ветки и листья свободно проходят между ними, что позволяет обходиться без технического ухода, и при этом коллектор не теряет работоспособность и продолжает перерабатывать солнечный свет в тепло с той же эффективностью.
4. Благодаря комбинации в вакуумной части высокоэффективного солнечного абсорбера и вакуумной изоляции, она может выдерживать показатели температуры свыше 2000 градусов, при такой температуре внешнее стекло все так же будет холодным. Во время сильного солнечного излучению, вакуумированные трубки способны генерировать больше 60 Вт тепла, которые можно использовать для подогрева горячего водоснабжения.

Вакуумная трубка: разнообразие типов

Трубчатый вакуумный коллектор бывает нескольких типов, их разновидность напрямую зависит от разновидности трубок.

Коаксиальные вакуумированные элементы прямого нагрева

Трубчатый элемент такого вида нагревается во время непосредственного контакта с внутренней стенкой, поглощающей тепло. Теплопоглощение увеличивается при помощи селективного покрытия, нанесенного изнутри стеклянной стенки. Коллекторы, оснащенные такими вакуумными элементами просты, но при этом имеют ряд недостатков. Из-за типа трубок, поглощать свет для преобразования в тепло коллекторы могут только в теплый период, также они не могут работать под высоким давлением, ведь трубка непосредственно контактирует с теплоносителем.

Коаксиальная вакуумированная трубка с системой heat-pipe

В такой системе специальная трубка-теплообменник передает тепло из трубы в теплообменник manifold’а.

Вакуумированные элементы с системой heat-pipe высокоэффективны и удобны во время монтажа.

Коаксиальная трубка с системой U-type

Еще один вакуумированный элемент, в котором расположен проточный теплообменник с U-образной формой. Вакуумный солнечный коллектор с U-образной трубкой высокоэффективный, но при выходе из строя одной из вакуумированых частей, одиночную замену произвести невозможно, также, у них высокий уровень гидравлического сопротивления и высокие требования к теплоносителю.

Перьевая вакуумная трубка

Трубчатый солнечный коллектор с сердцем в виде перьевых труб самый эффективный. Вакуумный солнечный коллектор с расположенными перьевыми элементами выше по стоимости, но гораздо практичней остальных. Перьевые трубы — гибрид элементов heat-pipe и вакуумного плоского коллектора. На плоском тепловом абсорбере закреплена система heat-pipe и помещена в вакуум.

Солнечные трубчатые элементы в большинстве случаев используют для солнечных водонагревателей. Солнечные трубчатые части, в случае поломки можно менять, что не будет препятствовать работе всей вакуумной системе. При смене отдельной вакуумной трубчатой части, даже не нужно сливать теплоноситель, потому как каждый вакуумный элемент представляет собой отдельно взятый контур.