Vákuumos napkollektor: működési elv + hogyan szereljük össze házilag

A használati melegvíz-ellátásra és a helyiségek fűtésére jelentős összegeket költenek. Létezik azonban egy alternatív energiaforrás – a vákuumos napkollektor. Ön hallott már ilyenről? Lehetővé teszi a komfort fenntartásának pénzügyi költségeit jelentősen csökkenteni, maximális fűtőhatást biztosítva minimális hőveszteség mellett.

Ezt a készüléket megvásárolhatja a háztartási berendezések gyártóitól, vagy házilag is összeszerelheti. A megfelelő modell kiválasztásához rengeteg információt kell áttanulmányoznia. Segítünk Önnek a vásárlás alapvető szempontjait meghatározni.

A cikkben a vákuumkollektor működési elvéről és felépítéséről lesz szó. Ismertetjük a különböző modellek szerkezeti sajátosságait, és megvizsgáljuk ezeknek a berendezéseknek az előnyeit és hátrányait. Ezenkívül részletesen leírjuk, hogyan készíthető el és telepíthető a vákuumos napkollektor házilag.

Az anyagot videók egészítik ki, amelyekből Ön megismerheti a vákuumkollektorok fontos jellemzőit és működési elveit.

A vákuumos egység működési elve

A hagyományos naperőművektől eltérően a vákuumos napkollektor a napenergia-feldolgozás módjában különbözik. A klasszikus napelem egyszerűen felveszi a fényt, és villamos energiává alakítja. A kollektor ellenben üvegcsövekből áll, amelyek belsejében vákuumot hoztak létre. Ezeket speciális csatlakozó egységek kapcsolják egységes rendszerré.

Minden cső belsejében egy vagy két réz pálca található, amelyek hőhordozót tartalmaznak. A ható elem a napsugarakat felfogva felmelegíti a hőhordozó anyagot, ezzel biztosítva a kollektor működését.

Ennek a szerkezetnek köszönhetően az energia leadás szintje jelentősen megnő, a hőveszteségek pedig lényegesen csökkennek, mivel a vákuumréteg lehetővé teszi a begyűjtött napenergia körülbelül 95%-ának megőrzését.

A családi ház tetejére helyezett vákuumos napkollektor egész évben meleg vizet biztosít a lakók számára, a hideg évszakban pedig lehetővé teszi a helyiség kényelmes fűtését anélkül, hogy erre nagy anyagi forrásokat kellene fordítani.

Emellett csökken a kollektor teljesítményének függése az évszaktól, a környezeti hőmérséklettől és a különböző időjárási körülményektől, mint például: széllökések, változó felhőzet, csapadék stb.

Hogyan épül fel a vákuumos kollektor?

A modern vákuumberendezések, amelyek napenergia segítségével biztosítanak hőt és meleg vizet a helyiségeknek, technológiailag különböznek.

A kollektorokat a következő típusokra osztják:

• csöves, üveg védőburkolat nélkül;
• modul csökkentett konverzióval;
• szabványos lapos változat;
• átlátszó hőszigetelésű készülék;
• levegős berendezés;
• lapos vákuumkollektor.

A vákuumos napkollektor képes biztosítani a melegvíz-ellátást és a fűtést az év bármely szakában, és bármilyen időjárás esetén (+)

Mindegyikük közös szerkezeti hasonlóságot mutat, mégpedig a következőkből áll:

• külső átlátszó cső, amelyből teljesen kiszívták a levegőt;
• fűtött csőcsonk, amely a nagy csőben található, ahol folyékony vagy gáz halmazállapotú hőhordozó mozog;
• egy vagy két gyűjtőelosztót, amelyekhez nagyobb átmérőjű csövek csatlakoznak, és belép a bennük elhelyezkedő vékony csövek keringető köre.

A teljes szerkezet némileg egy átlátszó falú termoszra emlékeztet, amelyben példátlanul magas szintű hőszigetelést valósítottak meg. Ennek a tulajdonságnak köszönhetően a belső csőtest képes minőségileg felmelegedni és teljes mértékben leadni az energiakészletet a benne keringő hőhordozónak.

Szerkezeti sajátosságok és osztályozás

A vákuumkollektorokat a felépítésükben használt üvegcsövek típusa vagy a hőcsatornák jellemzői szerint osztályozzák. A csövek általában koaxiálisak vagy tollasak, a hőcsatornák pedig U-alakú egyenes átfolyásúak és heat pipe típusúak lehetnek.

A koaxiális csövek jellemzői

A koaxiális csövek egy dupla üveg termoszként működnek, a falak között mesterségesen létrehozott vákuumtérrel. A cső belső felülete speciális hőelnyelő bevonattal rendelkezik, így a hőátadás közvetlenül az üvegcső falától történik.

A koaxiális csövek nagy szilárdságú, bór-szilikát alapú üvegből készülnek, amely kiváló fényáteresztő képességgel rendelkezik. Az elemek a gyártótól függően akár három réteg magnetronos bevonattal is rendelkezhetnek, kiváló szilárdságot és ellenállást mutatnak különféle időjárási hatásokkal (eső, jégeső stb.) szemben, 1 MPa nyomást is kibírnak, és 15 évig megbízhatóan szolgálnak.

Elnyelő elemként egy rézcsövet forrasztanak az üvegcsőbe, amely étertartalmú anyagot tartalmaz. Melegítés hatására az elpárolog, hatékonyan leadja a hőjét, lecsapódik és lefolyik a cső alsó részébe. Ezután a ciklus megismétlődik, ezáltal folyamatos hőcserekörfolyamat jön létre.

A tollas csövek sajátosságai

A vákuumos tollas csövek vastagabb falúak, mint a koaxiálisak, és nem két, hanem egy bura alkotja őket. A belső réz abszorpciós elem teljes hosszában erős erősítővel – hullámlemezzel van ellátva, amely nagy szintű energiaelnyelő bevonattal rendelkezik.

Ennek a szerkezeti sajátosságnak köszönhetően a vákuum közvetlenül a hőcsatornában helyezkedik el, amelynek egy része az abszorbenssel együtt közvetlenül a burába van integrálva.

A tollas vákuumcső belsejében egy lemez található, amely alakjában egy tollra emlékeztet. Hatásfoka meghaladja a koaxiális változat lehetőségeit, de lényegesen magasabb az ára, és nehezen cserélhető a bura sérülése vagy a fűtőelem meghibásodása esetén.

A tollas vákuumcsöveken alapuló kollektorok a leghatékonyabbnak számítanak a kategóriájukban, kiválóan teljesítik a feladatokat, és sok éven át megbízhatóan szolgálnak.

A hőcső (heat pipe) működési elve

A heat pipe hőcsatornák zárt csövekből állnak, amelyek könnyen elpárolgó folyékony anyagot tartalmaznak. A napsugarak hatására ez az anyag felmelegszik, a csatorna felső részébe kerül, és ott egy speciális hőgyűjtőben (manifold) összpontosul.

Ekkor a munkafolyadék leadja az összes felhalmozott hőt, és ismét lefelé áramlik a folyamat megújításához.

A heat-pipe hőserélő hüvelye a maniffold hőserélőjével egy spéciális foglalaton keresztül csatlakozik, amely az 1-csöves hőserélőbe van beforrasztva, vagy pedíg egy 2-csöves hőserélő veszi körül.

A heat pipe hőcsatorna munkaeleme rézből készül, ritkább esetben alumíniumból. Nagy ellenállóképességet mutat az üzemi terhelésekkel szemben, megbízhatóan szolgál 15 éven át, ésszerű ára van, és az egyik legnépszerűbb eleme a modern csöves típusú vákuumos napenergia-rendszereknek.

A hőtárolóból a hőhordozó veszi el a kinyert energiát, és továbbítja a rendszerben, így biztosítva a meleg víz jelenlétét a csapokban és a fűtőtestekben. A heat pipe rendszer könnyen szerelhető, és magas hatékonyságot mutat működés közben.

A heat pipe vákuumcsövekkel felszerelt kollektorokat jó megbízhatósági szint jellemzi, és alkaMasak nem csák otthoni, hanem magasnyomású napenergia-rendszerekben is.

Meghibásodás vagy üzemképtelenség esetén különösebb nehézség nélkül lehőség van a sérült egység újal törénő kicserélésére, anélkül hoz az egész rendszert át kellene építeni.

A javítási munkálatok könnyedén elvégezhetők közvetlenül a kollektor helyén, anélkül hoz az egységet le kellene szerelni, vagy tőbblet erőfeszítést kellene tenni.

Az U alakú átfolyós hőcserélő leírása

Az átfolyós hőserélő csöve U betű alakú. Belül víz vagy a fűtőrendszer munkaközege cirkulál. Az elem egyik része a hideg hőhordozónak van szánva, a másik pedíg a már felmelegítettet vezetí el.

Aktív anyag hevítés hatására kitágul, és a tároló tartályba áramlik, így természetes folyadék-cirkulácíót hozva létre a rendszerben. A belső falakra felvitt szelektív bevonat növeli a hőelnyelő képességet, és javítja a rendszer általános hatékonyságát.

A heat-pipe típusú csövekkel összevetve az U-alakú termékek nagyobb hidraulikai ellenállással rendelkeznek, magasabb követelményeket támasztanak a hőhordozóval szemben, és jelentős drágábbak. Az átfolyós U-csöveken működő kollektorok nem működhetnek nagy nyomás alatt, és csak meleg évszakban biztosítanak minőséges hőátadást.

Az U-típusú csövek magas teljesítményt mutatnak és jelentős hőleadást biztosítanak, azonban van egy lényeges hátranyuk: egyetlen egységes szerkeztetet alkotnak az elosztóval, és mindig vele együtt szerelik fel.

Egy meghibásott egydi csövet nem lehet kicserélni. A javításhoz a teljes komplext szét kell szédni, és a helyére újat kell helyezni.

A különböző módosítások összehasonlítása

A napkollektorok gyártásakor a hőcsatornákat és a vákuumüvegcsöveket a legkülönbözőbb kombnációkban alalmazák.

A legnagyo b népszerűségnek a heat pipe hőcsatornával rendlkező koaxiáls modellek örvendenek a fogyasztók körében. A vásárlókat a készülékek kedvező ára és a teljes élettartam alatt igénybe vehető nagyon egyszerű és hozzárhető karbantartás vonzja.

A heat pipe munkacsatornával rendelkező vákuumos napkollektor kitünően javítható. A megsérült csövek cseréje helysźínen történik, és nem igényli a rendser szétserelését vagy más helyre törénő áthelyezését. Azonban ezekben a modellekben a hőcseré bonyolultan valósul meg, aminek kövętkeztében a hatásfok nem haladja meg a 65%-ot.

A heat pipe csatornákkal rendlekező vákuumberendezések magas megbízhatóságot mutatnak, és még a magasnyomású szoláris hőrendszerekben sem állnak fenn korlátozások a használatukkal szemben.

A koaxiális burával rendelkező, egyenes áramlású U alakú csatornákat taralmazó készülékek szintén a keresettek közé tartoznak. Jellemzőik közé tartozik az alacsony hőveszteség és a 70%-ot meghaladó hatásfok.

A helyes működés érdekében az U-csatornás vákuumberendezést megfelelően kell felszerlni. Kívánatos, hoy a minimális dőlésszög ne legyen kevesebb, mint 20⁰. Csak így biztosítható a maximális hatásfok.

A helyzetet némileg rontják el: a bonyolult javítási folyamat, a karbantartás sajátos jellege és az egyes meghibásott alkatrész cseréjének ellehetetlensége. Ha a készülékkel valami történik, akkor szétzerelik és a helyére teljesen újat helyeznek el.

A tollcsövek szerkezetileg egy vastag és erős falú (gyártótól függően 2,5 mm-től) üveghengerből állnak. A belül található tollabszorbens betét szorosan körülveszi a hővezető fémből készült munkacsatornát.

A majdnem tökéletes szigetelést az üvegedény belsejében levő vákuumtér biztosítja. Az abszorbens veszteség nélkül adja át az elnyelt hőt, és a rendszer számára akár 77%-os hatásfokot is biztosít.

Hibás esetben a tollcsöves kollektorok javításra szorulnak. Nem szükséges az egész rendszert kicserélni, elég a sérült egységet felderíteni, leszerelni, és a helyére újat szerelni.

A tollcsöves modellek valamivel drágábbak, mint a koaxiálisak, de a magas hatékonyságnak köszönhetően teljes körű kényelmet biztosítanak a helyiségben, és gyorsan megtérülnek.

A leghatékonyabbak és legtermelékenyebbek a belső egyenes áramlású csatornákkal rendelkező tollcsöves lombikok. Tényleges hatásfokuk esetenként rekordértéket, 80%-ot is elér.

A tollcsövek keretbe szerelésekor minden egyes alkatrész rúdjára egy erős szorítóanyát helyeznek gyűrűvel és hőálló tömítéssel. Ez biztosítja a teljes szerkezet tömítettségét, és lehetővé teszi, hogy a kollektor bármilyen körülmények között teljes mértékben működjön.

A termékek ára meglehetősen magas, és a javítás során feltétlenül le kell engedni a rendszerből a teljes hőhordozót, és csak azután lehet a hibaelhárításhoz kezdeni.

Milyennek kell lennie a hőgyűjtőnek?

A hőgyűjtő a vákuumkollektor másik nagyon fontos munkaeleme. Ezen az egységen keresztül történik a felgyülemlett hő átadása a csövekről a hőhordozóra.

A hőgyűjtő a készülék felső részében helyezkedik el. Egyik alkatrésze, a réz mag, felveszi az energiát, és továbbítja azt a fő hőhordozónak, amely a zárt „tartály–kollektor hőcserélő” rendszerben kering.

A megfelelő működést a rendszerhez csatlakoztatott keringető szivattyú biztosítja. A fűtőkomplexumot irányító automatika pontosan figyeli a hőmérsékleti szintet a csatornákban, és ha az a megengedett kritikus minimum alá csökken (például éjszaka), leállítja a szivattyú működését.

Ez lehetővé teszi a visszafelé irányuló fűtés elkerülését, amikor a hőhordozó elkezdi elvenni a forró víz hőjét, amely a tárolótartályban gyűlt össze.

A vákuumos kollektorok előnyei és hátrányai

Az egységek fő előnyeként említik a hőveszteség szinte teljes hiányát a működés során. Ezt a vákuumközeg biztosítja, amely az egyik legjobb minőségű természetes szigetelő. De az előnyök listája ezzel nem ér véget.

A készülékeknek más nyilvánvaló előnyei is vannak:

• hatékony működés alacsony hőmérsékleten (-30°C-ig);
• képes akár 300°C hőmérsékletet is tárolni;
• a hőenergia maximális elnyelése, beleértve a láthatatlan spektrumot is;
• üzemeltetési stabilitás;
• alacsony érzékenység az agresszív időjárási hatásokkal szemben;
• kis szélterhelés, ami a csőrendszerek szerkezeti jellemzőinek köszönhető, amelyek képesek áteresztni a különböző sűrűségű légtömegeket;
• magas hatékonyság a mérsékelt és hűvös éghajlatú régiókban, ahol kevés a tiszta és napos nap;
• tartósság az alapvető használati szabályok betartása mellett;
• javíthatóság és lehetőség arra, hogy ne az egész rendszert, hanem csak egy meghibásodott részt cseréljen ki.

A hátrányok közé tartozik, hogy a kollektorok nem képesek önmagukat megtisztítani a dértől, jégtől, hótól, valamint az alkatrészek magas ára, amelyek az otthoni összeszereléshez szükségesek.

A napkollektor egy hatékony eszköz, amely lehetővé teszi a napenergia szinte veszteségmentes hőenergiává alakítását.

Az egység házilagos összeszerelése

A vákuumkollektor összeszerelését a munkaelemek alátétkeretének elkészítésével kezdik. Ezt közvetlenül az egység számára kijelölt helyen szerelik fel.

A keret mérete és méretei teljes mértékben az elkészíteni tervezett modelltől függenek, és általában az alkatrészekhez mellékelt útmutatóban vannak leírva.

A kész kollektor keretet rögzítik a tetőn úgy, hogy határozott helyzetben legyen és ne billegjen. Ha az épület teteje pala, lécezési gerendát és nagy átmérőjű vastag csavarokat használnak. Más tetőfedő anyagok esetén szokásos horgonyokat alkalmaznak.

A keret tetőfelülethez való illeszkedési helyeit továbbá tömítőanyaggal rögzítik, hogy a jövőben a lyukakon keresztül ne jusson víz a házba. Ezután a szerelési helyre szállítják a tárolótartályt, és csavarokkal rögzítik a keret felső résére.

A következő lépésben összeszerelik a fűtőelemet, a hőmérséklet-érzékelőt és az automatikus légtelenítőt. Az összes segédegységet és kiegészítő alkatrészt a készletben található csillapító tömítésekre helyezik. A hőmérséklet-érzékelő rögzítéséhez villáskulcsot használnak.

Ezután kiépítik a vízvezeték-ellátást. Ehhez bármilyen, alacsony hőmérséklettel szemben ellenálló és akár 95°C-ot elviselő anyagból készült csöveket használnak. Jól beváltak a polipropilén csövek és idomok.

A polipropilén csövek ideálisak a napelemes kollektor és a lakóépület vízvezeték-rendszerének összekötésére. A szerelvények jó fizikai tulajdonságokkal és üzemi tartóssággal rendelkeznek, megbízhatóan szolgálnak sok éven át, és repedések vagy szakadások esetén könnyen cserélhetők.

A vízvezeték csatlakoztatása után a tárolótartályt megtöltik vízzel, és tesztelik a tömítettséget. Ha 3–4 órán belül valahol szivárgást észlelnek, azt megszüntetik.

Végül felszerelik a fűtőelemeket. Ehhez a rézcsövet alumíniumlemezbe csavarják, és üveg vákuumcsőbe helyezik. Alul a lombikra rögzítő csészét és erős, rugalmas gumiból készült porvédőt tesznek.

A cső felső rézcsúcsát ütközésig beillesztik a sárgaréz kondenzátorba. A viszkózus hőérintkező kenőanyagot nem távolítják el a csövekről. A rögzítő mechanizmust a konzolra pattintják, és ugyanezen elv szerint szerelik fel az összes többi üvegcsövet.

A csöves napelemes kollektorok rendszeres karbantartást és kötelező tisztítást igényelnek, különösen a hó aktív hullásának időszakában. Ha ezeket az egyszerű szabályokat betartják, hosszú ideig működnek, és megőrzik magas hatékonysági szintjüket a teljes üzemidő alatt.

A szerkezetre felszerelnek egy szerelőblokkot, 220 voltos elektromos tápellátást vezetnek hozzá, és három kiegészítő blokkot csatlakoztatnak a rendszerhez – egy fűtőpatront, egy légtelenítőt és egy hőmérséklet-érzékelőt.

Végül csatlakoztatják a vezérlőt, amely a komplexum megfelelő irányítására szolgál. A vezérlő menüjében beállítják a kíván működési paramétereket, és elindítják a rendszert normál üzemmódban.

A napkollektor építésének lépésről lépésre történő útmutatóját ebben a cikkben találja.

Hogyan helyezze el megfelelően a készüléket?

Ahhoz, hogy a vákuumos kollektor teljes értékűen működhessen és hatékonyan lássa el a lakóteret a szükséges energiával, meg kell találni a legalkalmasabb helyet, és helyesen tájolni kell a készüléket a világtájak szerint.

A vákuumos típusú napelemes kollektorok sokkal praktikusabbak, mint a lapos társaik. Amikor valamelyik munkacső megsérül és meghibásodik, nagyon könnyű újra cserélni. Ezt követően a rendszer tovább működik az eredeti üzemmódban. Ha azonnal nincs lehetőség új elemet helyezni a hibás helyére, nem baj. Az egység képes ellátni a „kötelességeit”, még akkor is, ha renndelkezik egy sérült elemet tartalmazó csomóponttal.

Az északi félteke településein a kollektort a ház tetőjének déli részén vagy a telek napos oldalán célszerű elhelyezni. Kívánatos, hogy a készülék síkja minimális eltérése legyen.

Ha nincs lehetősége a felületet dél felé irányítani, akkor válassza a nyugati és keleti közül a lehetséges legvilágosabb szöget nyílt területen.

A vákuum típusú kollektor magas munkahatékonysága annak is köszönhető, hogy tükör elvén működik, és a hőteljesítményét a nap aktuális magasságához igazítja.

A napenergia-rendszert nem takarhatják kémények, tetőburkolat díszítő elemei, szétterülő faágak, magas lakó- vagy műszaki épületek. Ez csökkenti a működés hatékonyságát és a hatóeemek felmelegedésének mértékét.

Ha a készőléket megfelelően helezyk el, az egész évben, évszakttól függetlenül gyakorlatilag azonos hőleadást biztosít.

Ha nincs nagy tapasztalata a bonyolult javítási, szerelési és lakatosmunkákban, akkor nem ésszerű otthon elvégezni a csövek vákuumozását. Ez a folyamat nagyon munkaigényes, és speciális ismereteket, valamint megfelelő felszerelést igényel.

Ezenkívül a házilag készített vákuum típusú elemek hatékonysága sokkal alacsonyabb, mint a gyári alkatrészeké. Ezért a legészszerűbb, ha a terméket szakgyártótól vásárolja meg, és csok azután prbálja meg otthon összeszerelni néhány szekciót.

Az oldalon található egy cikkgyűjtemény a napfűtési rendszer kialakításáról; javasoljuk, hogy tekintse meg:

1. Napenergiás fűtési rendszerek: a heliorendszerekre épülő fűtés kiépítésének technológiáinak áttekintése
2. Családi ház fűtése napelemekkel: sémák és berendezés
3. Rugalmas napelemek: típusok, jellemzők + bekötési sajátosságok

Következtetések és hasznos vidéó a témából

A vákuumcső részletes leírása, működési elve és a napkollektor egészének működési sajátosságai. A szerző néhány érdekes részletről beszél, és bemutatja, hogy a berendezés valódi alternatívája lehet a gázkazánnak.

Érdekes információ a napkollektor téli időszakban való működéséről.

Hogyan szerelje össze megfelelően a vákuumos napkollektort saját kezűleg otthon. A folyamat minden részlete, ajánlások és hasznos tanácsok.

A csöves vákuumos napkollektor alapvető működési elvét ismerve saját kezűleg is összeállítható a készülék. A berendezés teljes mértékben megfelel majd a személyes egyéni követelményeknek és igényeknek.

Ez nem túl nehéz feladat, azonban fokozott figyelmet, alaposságot és bizonyos készségeket igényel, különben a lombik épségének károsítása és tömítettségének megsértése jelentősen megnő.

Mindenkinek, aki érdekelt a napkollektor kiválasztásában, telepítésében vagy saját összeszerelésében, javasoljuk, hogy hagyjon megjegyzéseket és tegyen fel kérdéseket. A kapcsolatfelvételi űrlap az alsó blokkban található.