Функції і конструкція вакуумних трубок

Сонячний колектор - це пристрій, призначений для виробництва нагріву матеріалу-теплоносія шляхом збору теплової сонячної енергії. Однією зі складових і безпосередньо серцем сонячного колектора, є вакуумні трубки. Розташування трубок у вакуумній трубці створює ідеальну термоізоляцію - посудина Дьюара.

Посудина Дьюара - це пристосування, призначене для теплоізоляції речовини міститься в ньому. Подібний посудину був відкритий шотландським хіміком і фізиком в 1892 році на ім`я Джеймс Дьюар.

Пристрій вакуумної трубки відповідає за трансформацію світла в тепло, шляхом поглинання світла. Поглинання тепла відбувається завдяки зовнішній і внутрішній стінці, після чого теплова енергія передається воді, яка відокремлена склом. Крім перетворення світла в тепло вона має й іншу функцію, запобігання втрати тепла за допомогою методу вакуумної ізоляції трубки сонячного колектора.

конструкція трубок

Подібний трубчастий елемент по своїй конструкції походить на термос. Являє собою дві скляні трубки, одна з яких вставлена ​​в іншу. Торці кожної з трубок запаяні. Трубка, що розташовується всередині іншої, має чорне покриття, що поглинає світло, в просторі між ними повністю відсутня повітря. Покрита вона чорним нітритом алюмінію, які поглинає більше 95% падаючого сонячного випромінювання.

Виготовлені вакуумовані частини з боросилікатного скла, яке також використовується у виробництві зварювальних кухонних поверхонь. Подібне скло стійко до виникнення тріщин і мають високий рівень в`язкості. До того ж вакуумовані труби високоміцні і захищені від пошкоджень, які може завдати град. Виготовлені трубчасті елементи з товстого скла.

Вакуумована ізоляція

Вакуумний трубчастий елемент неспроста так називається, своє найменування він отримав через процес, за допомогою якого з простору між ними викачують повітря. Такий процес називається - вакуумирование простору. За рахунок чого між трубами утворюється безповітряний простір.

Завдяки цьому процесу навіть в холодну погоду вакуумні трубчасті колектори зберігають велику частину тепла і не віддають його назад в атмосферу. Саме тому сонячні вакуумовані колектори є ідеальними для гарячого водопостачання для місць з холодною зимою.

Також завдяки вакууму труби здатні виносити різкі перепади температури, при цьому, не втрачаючи тепло. Так, трубчасті елементи колекторів залишаються ефективними в різних погодних умовах.

Крім викачування повітря, в безповітряний простір поміщають спеціальний газ, баріумний поглинач, завдяки йому в безповітряний простір не потрапляють різні гази, через які трубчасті частини сонячних колекторів буде погано зберігати тепло, що призведе до втрати ефективності колектора.

Цей газ здатний забезпечити життєстійкість трубок колектора до 15-20 років. Згодом газ зможе проникнути всередину труби, тоді завдяки баріумному поглинача колір стінки внутрішнього елемента перетвориться з сріблястого кольору в білий колір. Це допоможе визначити, коли пристрій виходить з ладу, і має потребу в зміні труб.

Принцип роботи трубок

Як вже говорилося раніше, вакуумні трубки працюють за принципом термоса. Порожнина між трубками заповнюється рідиною і утворює безповітряний простір. За рахунок чого теплові втрати зменшуються завдяки збереженню більш ніж 90% енергії, яка вловлюється. Це означає, що за рахунок безповітряному прошарку нагрів води можливий навіть при температурі навколишнього середовища з показником мінус.

Боросилікатне скло, з якого виготовлені зовнішні оболонки труб, здатне тривалий час зберігати оптичні характеристики, до того ж воно має підвищену міцність. Використання подібної системи забезпечує великий коефіцієнт корисної дії подібного апарату. Сонячні колектори здатні зберігати працездатність навіть в умовах поганої освітленості і низьких температур.

Сонячний колектор залишається ефективним протягом усього дня, тому як через циліндричної форми, сонячні промені будуть попадати на труби під прямим кутом, завдяки чому мінімізується віддзеркалення світла і втрата енергії. Подібні прилади володіють стійкістю до різних факторів механічного впливу.

Переваги вакуумних трубок

1. Завдяки можливості абсорбувати повне випромінювання не тільки з передніх, але і з задніх поверхонь трубок, вакуумний колектор має велику потужність. Крім того, подібний ефект можна збільшити в рази, розташувавши за трубами сонячного колектора поверхню, яка здатна відбивати світло. У зимову пору сніг також є ідеальною поверхнею, що відбиває, яка здатна набагато збільшити вироблення тепла.
2. Вакуумні трубчасті колектори дуже стійкі до різних механічних пошкоджень, за рахунок того, що труби колекторів виготовлені з особливо міцного боросилікатного скла, здатні витримати навіть удари граду.
3. Сонячні трубчасті елементи також стійкі до зовнішніх забруднень. Все через їх форми у вигляді циліндра і їх розташування відносно один одного. Сніг, пил, гілки та листя вільно проходять між ними, що дозволяє обходитися без технічного догляду, і при цьому колектор не втрачає працездатність і продовжує переробляти сонячне світло в тепло з тією ж ефективністю.
4. Завдяки комбінації у вакуумній частині високоефективного сонячного абсорбера і вакуумної ізоляції, вона може витримувати показники температури понад 2000 градусів, при такій температурі зовнішнє скло все так же буде холодним. Під час сильного сонячного випромінювання, вакуумовані трубки здатні генерувати більше 60 Вт тепла, які можна використовувати для підігріву гарячого водопостачання.

Типи вакуумних трубок

Трубчастий вакуумний колектор буває декількох типів, їх різновид безпосередньо залежить від різновиду трубок.

Коаксіальні вакуумовані елементи прямого нагріву

Трубчастий елемент такого виду нагрівається під час безпосереднього контакту з внутрішньою стінкою, що поглинає тепло. Теплопоглинання збільшується за допомогою селективного покриття, нанесеного зсередини скляної стінки. Колектори, оснащені такими вакуумними елементами прості, але при цьому мають ряд недоліків. Через типу трубок, поглинати світло для перетворення в тепло колектори можуть тільки в теплий період, також вони не можуть працювати під високим тиском, адже трубка безпосередньо контактує з теплоносієм.

Коаксиальная вакуумована трубка з системою heat-pipe

У такій системі спеціальна трубка-теплообмінник передає тепло з труби в теплообмінник manifoldrsquo-а.

Вакуумовані елементи з системою heat-pipe високоефективні і зручні під час монтажу.

Коаксиальная трубка з системою U-type

Ще один вакуумований елемент, в якому розташований проточний теплообмінник з U-подібною формою.

Вакуумний сонячний колектор Сu-подібною трубкою високоефективний, але при виході з ладу однієї з вакуумуванням частин, одиночну заміну зробити неможливо, також, у них високий рівень гідравлічного опору і високі вимоги до теплоносія.

Пір`яна вакуумна трубка

Трубчастий сонячний колектор з серцем у вигляді пір`яних труб найефективніший. Вакуумний сонячний колектор з розташованими пір`яними елементами вище за вартістю, але набагато практичніше інших. Пір`яні труби - гібрид елементів heat-pipe і вакуумного плоского колектора. На плоскому тепловому абсорбере закріплена система heat-pipe і поміщена в вакуум.

Сонячні трубчасті елементи в більшості випадків використовують для сонячних водонагрівачів. Сонячні трубчасті частини, в разі поломки можна міняти, що не перешкоджатиме роботі всієї вакуумній системі. При зміні окремій вакуумній трубчастої частини, навіть не потрібно зливати теплоносій, тому як кожен вакуумний елемент являє собою окремо взятий контур.