Collettore solare sottovuoto: principio di funzionamento + come assemblarlo da soli

Notevoli somme di denaro vengono spese per la fornitura di acqua calda e il riscaldamento degli ambienti. Ma esiste una fonte di energia alternativa: un collettore solare sottovuoto.Avete sentito parlare di questo? Consente di ridurre significativamente i costi finanziari per il mantenimento del comfort, fornendo il massimo effetto di riscaldamento con una minima perdita di calore.

Questo dispositivo può essere acquistato dai produttori di elettrodomestici o assemblato da soli a casa. Per scegliere il modello giusto, devi studiare molte informazioni. Ti aiuteremo a decidere i principali criteri di acquisto.

L'articolo discuterà il principio di funzionamento e la progettazione di un collettore da vuoto. Parleremo delle caratteristiche di progettazione di vari modelli, considereremo i pro e i contro di queste installazioni. Inoltre, descriveremo in dettaglio come realizzare e installare da soli un collettore solare sottovuoto.

Il materiale è accompagnato da video dai quali imparerai le caratteristiche importanti e i principi di funzionamento dei collettori da vuoto.

Principio di funzionamento della centrale aspirante

Il collettore solare sottovuoto differisce dai sistemi solari convenzionali in questo elaborazione dell'energia solare. Una batteria classica prende semplicemente la luce e la converte in elettricità. Il collettore è costituito da tubi di vetro con all'interno creato il vuoto. Sono combinati in un unico sistema attraverso speciali unità di aggancio.

All'interno di ciascun tubo è presente un canale formato da una o due aste di rame con refrigerante. Catturando i raggi del sole, l'elemento attivo riscalda il materiale refrigerante, garantendo così il funzionamento del collettore.

Grazie a questo design, il livello di efficienza energetica aumenta in modo significativo e la perdita di calore è notevolmente ridotta, poiché lo strato di vuoto consente di risparmiare circa il 95% dell'energia solare catturata.

Un collettore solare sottovuoto posizionato sul tetto di una casa privata fornirà acqua calda ai residenti durante tutto l'anno e durante la stagione fredda consentirà di riscaldare comodamente la stanza senza spendere molti soldi.

Inoltre, viene ridotta la dipendenza della produttività del collettore dalla stagionalità, dalla temperatura ambiente e da varie condizioni meteorologiche, come raffiche di vento, cielo parzialmente nuvoloso, precipitazioni, ecc.

Come funziona un collettore del tipo a vuoto?

I moderni dispositivi di aspirazione che forniscono calore e acqua calda agli ambienti utilizzando l'energia solare variano dal punto di vista tecnologico.

I collezionisti si dividono nelle seguenti tipologie:

• tubolare senza rivestimento protettivo in vetro;
• modulo con conversione ridotta;
• versione piatta standard;
• dispositivo con isolamento termico trasparente;
• unità aerea;
• collettore piatto per vuoto.

Il collettore solare sottovuoto è in grado di fornire acqua calda e riscaldamento in qualsiasi periodo dell'anno e con qualsiasi condizione atmosferica (+)

Hanno tutti una somiglianza progettuale comune, quindi sono costituiti da:

• tubo trasparente esterno, da dove l'aria è stata completamente pompata fuori;
• tubo riscaldatosituato in un grande tubo dove si muove il liquido di raffreddamento liquido o gassoso;
• uno o due distributori prefabbricati, al quale vengono collegati tubi di calibro maggiore ed entra un circuito di circolazione di tubi sottili posti all'interno.

L'intero design ricorda in qualche modo un thermos con pareti trasparenti, che mantiene un livello di isolamento termico senza precedenti. Grazie a questa caratteristica, il corpo della camera d'aria acquisisce la capacità di riscaldarsi in modo efficiente e di trasferire completamente la risorsa energetica al liquido di raffreddamento che circola all'interno.

Sfumature del design e classificazione

I collettori sottovuoto vengono classificati in base alla tipologia dei tubi di vetro installati nella struttura, oppure in base alle caratteristiche dei canali termici. I tubi sono generalmente del tipo coassiale e a piuma, mentre i canali di calore sono a flusso diretto a forma di U e del tipo a tubo di calore. .

Caratteristiche dei tubi coassiali

I tubi coassiali sono un thermos a doppio vetro con uno spazio vuoto creato artificialmente tra le pareti. La superficie interna del tubo ha uno strato di speciale rivestimento termoassorbente, quindi l'effettivo trasferimento di calore avviene direttamente dalle pareti del bulbo di vetro.

I tubi coassiali sono realizzati in vetro borosilicato ad alta resistenza, che ha un'elevata trasmissione luminosa. Gli elementi, a seconda del produttore, hanno fino a tre strati di magnetron sputtering, dimostrano un'eccellente robustezza e resistenza a varie condizioni atmosferiche (pioggia, grandine, ecc.), resistono a una pressione di 1 MPa e servono in modo affidabile per 15 anni

Come elemento assorbente, un tubo di rame contenente una composizione eterea viene saldato in un tubo di vetro. Durante il processo di riscaldamento evapora, cede effettivamente il suo calore, si condensa e scorre sul fondo del tubo.Il ciclo viene poi ripetuto creando così un processo di scambio termico continuo.

Caratteristiche dei tubi di piume

I tubi a piuma sottovuoto hanno uno spessore di parete maggiore rispetto a quelli coassiali e non sono costituiti da due, ma da un pallone. L'elemento interno di assorbimento in rame è dotato su tutta la sua lunghezza di un amplificatore durevole: una piastra ondulata con un rivestimento di assorbimento energetico di alto livello.

Grazie a questa caratteristica costruttiva, il vuoto si trova direttamente nel canale termico, una parte del quale, insieme all'assorbente, è integrata direttamente nella beuta.

Il tubo a vuoto della piuma contiene al suo interno una piastra a forma di piuma. Il livello di efficienza supera le capacità della sua controparte coassiale, ma ha un costo significativamente più elevato ed è difficile da sostituire se l'integrità del bulbo è danneggiata o l'elemento riscaldante si guasta

I collettori realizzati con tubi a vuoto in piuma sono considerati i più efficienti della loro categoria, funzionano bene e forniscono un servizio affidabile per molti anni.

Principio di funzionamento del tubo termico

I tubi di calore sono costituiti da tubi chiusi contenenti una composizione liquida facilmente evaporabile. Sotto l'influenza della luce solare, si riscalda, si sposta nella regione superiore del canale e lì si concentra in uno speciale collettore di calore (collettore).

In questo momento il fluido di lavoro cede tutto il calore accumulato e ricade per riprendere il processo.

Il manicotto dello scambiatore di calore a tubi di calore è collegato allo scambiatore di calore del collettore tramite una presa speciale saldata nello scambiatore di calore a 1 tubo stesso oppure è avvolto attorno a uno scambiatore di calore a 2 tubi.

L'elemento di lavoro del tubo termico è in rame e, in casi più rari, in alluminio. Presenta un'elevata resistenza ai carichi operativi, funziona in modo affidabile per 15 anni, ha un costo ragionevole ed è uno degli elementi più popolari dei moderni sistemi solari sottovuoto a tubo

L'energia rilasciata viene prelevata dal serbatoio termico dal liquido di raffreddamento e trasferita ulteriormente attraverso il sistema, garantendo così la disponibilità di acqua calda nei rubinetti e nei radiatori. Il sistema di tubi di calore è facile da installare e dimostra un'elevata efficienza operativa.

I collettori dotati di tubi di calore sottovuoto hanno un buon livello di affidabilità e sono adatti all'uso non solo nella vita di tutti i giorni, ma anche negli impianti solari termici ad alta pressione

In caso di guasto o guasto senza alcuna difficoltà, è possibile sostituire l'unità danneggiata con una nuova senza ricorrere alla ricostruzione dell'intero sistema.

I lavori di riparazione possono essere facilmente eseguiti direttamente sul luogo del collettore, senza smontare l'unità e senza applicare sforzi inutili al lavoro.

Descrizione dello scambiatore di calore a passaggio unico a forma di U

Il tubo dello scambiatore di calore a flusso diretto ha la forma della lettera U. All'interno circola l'acqua o il liquido di raffreddamento di lavoro dell'impianto di riscaldamento. Una parte dell'elemento è destinata al liquido di raffreddamento freddo e la seconda rimuove correttamente quello già riscaldato.

Quando riscaldata, la composizione attiva si espande ed entra nel serbatoio di stoccaggio, creando così una circolazione naturale del liquido nel sistema. Uno speciale rivestimento selettivo applicato sulle pareti interne aumenta la capacità di assorbimento del calore e migliora l'efficienza dell'intero sistema.

Rispetto ai tubi di tipo heat-pipe, i prodotti a forma di U hanno una maggiore resistenza idraulica, richiedono maggiori requisiti in termini di refrigerante e sono significativamente più costosi. I collettori che funzionano con tubi a U a flusso diretto non possono funzionare ad alta pressione e forniscono un trasferimento di calore di alta qualità solo durante la stagione calda

I tubi di tipo U dimostrano prestazioni elevate e forniscono un solido trasferimento di calore, ma presentano uno svantaggio significativo. Formano una struttura solidale con il collettore e vengono sempre montati insieme ad esso.

Non sarà possibile sostituire un singolo tubo separato che sia guasto. Per le riparazioni sarà necessario smantellare l'intero complesso e sostituirlo con uno nuovo.

Confronto di varie modifiche

Nella produzione di unità solari, i canali termici e i tubi di vetro sottovuoto per collettori solari vengono combinati in una varietà di combinazioni.

I più popolari tra i consumatori sono i modelli coassiali con un tubo di calore. Gli acquirenti sono attratti dal prezzo fedele dei dispositivi e dalla manutenzione molto semplice ed economica per l'intera durata di servizio.

Un collettore solare sottovuoto con un canale di lavoro a tubi di calore può essere facilmente riparato. La sostituzione dei tubi danneggiati viene effettuata in loco e non comporta lo smantellamento dell'impianto o lo spostamento dello stesso in altra sede. Tuttavia, il trasferimento di calore in questi modelli è difficile, per cui l'efficienza di uscita non supera il 65%

I dispositivi per il vuoto con canali di tubi di calore dimostrano un'elevata affidabilità e non hanno restrizioni d'uso anche in complessi solari termici ad alta pressione.

Nell'elenco di quelli popolari sono inclusi anche i dispositivi con un pallone coassiale contenente canali a forma di U a flusso diretto. Sono caratterizzati da parametri quali bassa perdita di calore ed efficienza del 70% e oltre.

Per funzionare correttamente, un dispositivo di aspirazione con canale a U deve essere installato correttamente. È auspicabile che l'angolo di inclinazione minimo sia almeno di 20⁰. Solo così sarà possibile garantire il massimo rendimento

La situazione è in qualche modo rovinata da: un complesso processo di riparazione, una manutenzione specifica durante il funzionamento e l'impossibilità di sostituire una singola unità danneggiata. Se succede qualcosa al dispositivo, viene smontato e viene installato un collettore completamente nuovo.

I tubi Feather sono strutturalmente un unico cilindro di vetro con pareti ispessite e resistenti (a seconda del produttore, da 2,5 mm e oltre). L'inserto assorbente in piuma contenuto all'interno si adatta perfettamente al canale di lavoro, realizzato in metallo termoconduttore.

Lo spazio sottovuoto all'interno del contenitore di vetro crea un isolamento quasi perfetto. L'assorbente trasferisce il calore assorbito senza perdite e fornisce al sistema un'efficienza fino al 77%.

In caso di malfunzionamento i collettori dotati di tubi a piuma devono essere riparati. Non è necessario cambiare l'intero sistema; è sufficiente trovare un'unità danneggiata, smontarla e sostituirla con una nuova

I modelli con un elemento piuma sono leggermente più costosi di quelli coassiali, ma grazie alla loro elevata efficienza forniscono un comfort completo nella stanza e si ripagano rapidamente.

Le più efficienti e produttive sono le beute con piume con canali interni a flusso diretto. La loro efficienza effettiva raggiunge talvolta livelli record dell'80%.

Quando si installano i tubi di piume nel telaio, sull'asta di ciascuna parte viene posizionato un robusto dado a crimpare con un anello e una guarnizione resistente al calore. Ciò garantisce la tenuta dell'intera struttura e consente al collettore di funzionare pienamente in qualsiasi condizione

Il prezzo dei prodotti è piuttosto elevato e durante le riparazioni è necessario scaricare tutto il liquido di raffreddamento dal sistema e solo successivamente iniziare la risoluzione dei problemi.

Come dovrebbe essere il collettore di calore?

Il collettore di calore è un altro elemento di lavoro molto importante del collettore sottovuoto. Attraverso questa unità, il calore accumulato viene trasferito dai tubi al liquido di raffreddamento.

Il collettore di calore si trova nella parte superiore del dispositivo. Uno dei suoi componenti, un nucleo di rame, riceve energia e la trasferisce al liquido di raffreddamento principale che circola in un sistema chiuso di scambiatore di calore a serbatoio-collettore.

Una volta collegato all'impianto è garantito il corretto funzionamento. pompa di circolazione. L'automazione che controlla il complesso di riscaldamento monitora chiaramente il livello di temperatura nei canali e, se scende al di sotto del minimo critico consentito (ad esempio di notte), arresta la pompa.

Ciò consente di evitare il surriscaldamento, quando il liquido di raffreddamento inizia a sottrarre il calore dell'acqua calda raccolta nel serbatoio di accumulo.

Pro e contro dei collettori sottovuoto

Il vantaggio principale delle unità è la quasi totale assenza di perdite di calore durante il funzionamento. Ciò è fornito da un ambiente sottovuoto, che è uno degli isolanti naturali di altissima qualità. Ma l’elenco dei vantaggi non finisce qui.

I dispositivi presentano altri vantaggi distinti:

• efficienza operativa a basse temperature (fino a -30°C);
• capacità di accumulare temperature fino a 300°C;
• massimo assorbimento possibile dell'energia termica, compreso lo spettro invisibile;
• stabilità operativa;
• bassa suscettibilità alle manifestazioni atmosferiche aggressive;
• bassa deriva dovuta alle caratteristiche progettuali dei sistemi tubolari in grado di far passare attraverso di essi masse d'aria di diversa densità;
• alto livello di efficienza nelle regioni con climi temperati e freschi con un numero limitato di giornate serene e soleggiate;
• durabilità soggetta alle regole operative di base;
• accessibilità per la riparazione e possibilità di modificare non l'intero sistema, ma solo un frammento guasto.

Gli svantaggi includono l'incapacità dei collettori di autopulirsi da gelo, ghiaccio, neve e il prezzo elevato dei componenti necessari per assemblare l'unità in casa.

Un collettore solare è un dispositivo efficace che consente di convertire l'energia solare in energia termica praticamente senza perdite.

Assemblaggio fai-da-te dell'unità

Il processo di assemblaggio di un collettore sottovuoto inizia con la realizzazione di un telaio di supporto per gli elementi di lavoro. Viene installato immediatamente nel luogo assegnato all'unità.

Le misure e le dimensioni del telaio dipendono interamente dal modello che si intende realizzare e sono solitamente prescritte nelle istruzioni presenti tra i documenti di accompagnamento dei componenti.

Il telaio finito del collettore è fissato al tetto in modo che occupi una posizione libera e non oscilli. Se il tetto dell'edificio è in ardesia, utilizzare travi di rivestimento e viti di grosso calibro. Per altri materiali di copertura vengono utilizzati ancoraggi convenzionali

Fisso inoltre i punti in cui il telaio incontra la superficie del tetto con sigillante in modo che in futuro l'acqua non entri nella casa attraverso i fori. Successivamente il serbatoio di stoccaggio viene consegnato al luogo di installazione e fissato con viti alla parte superiore del telaio.

Nella fase successiva vengono assemblati l'elemento riscaldante, il sensore di temperatura e il dispositivo di ventilazione automatizzato. Tutti i componenti ausiliari e le parti correlate sono posizionati sui cuscinetti ammorbidenti inclusi. Per collegare il sensore di temperatura, utilizzare una chiave a tubo.

Successivamente, viene organizzata la fornitura di comunicazioni di approvvigionamento idrico. A questo scopo i tubi vengono prelevati da qualsiasi materiale resistente alle basse temperature e capace di resistere fino a 95°C. Ben provato tubi e raccordi in polipropilene.

I tubi in polipropilene sono ideali per collegare il collettore solare all'impianto idraulico residenziale. Il rinforzo ha buone proprietà fisiche e resistenza operativa, funziona in modo affidabile per molti anni ed è facilmente sostituibile in caso di crepe o lacerazioni.

Dopo aver collegato l'alimentazione idrica, il serbatoio di stoccaggio viene riempito d'acqua e testato per eventuali perdite. Se vengono rilevate perdite da qualche parte entro 3-4 ore, vengono riparate.

Alla fine vengono installati gli elementi riscaldanti. Per fare ciò, il tubo di rame viene avvolto in un foglio di alluminio e inserito in un tubo a vuoto di vetro. Dal basso, sul pallone vengono posizionati una tazza di fissaggio e uno stivale in gomma resistente e flessibile.

La punta superiore in rame del tubo viene spinta completamente nel condensatore in ottone. Il grasso viscoso per contatto termico non viene rimosso dai tubi. Aggancia il meccanismo di bloccaggio sulla staffa e monta tutti i restanti tubi di vetro utilizzando lo stesso principio.

I collettori solari tubolari richiedono una manutenzione regolare e una pulizia obbligatoria, soprattutto durante i periodi di nevicate attive. Se segui queste semplici regole, funzioneranno a lungo e manterranno un elevato livello di efficienza per tutta la loro vita utile.

Sulla struttura viene posizionato un blocco di montaggio, viene fornita un'alimentazione a 220 volt e tre unità ausiliarie sono collegate al sistema: un elemento riscaldante, una presa d'aria e un sensore di temperatura.

L'ultima cosa da connettere è un controller progettato per controllare correttamente il complesso. I parametri operativi desiderati vengono immessi nel menu del controller e il sistema si avvia in modalità standard.

Vengono fornite istruzioni dettagliate per la costruzione di un collettore solare Questo articolo.

Come posizionare correttamente il dispositivo?

Affinché il collettore sottovuoto funzioni in modo completo ed efficace fornendo allo spazio abitativo l'energia necessaria, è necessario trovare la posizione più favorevole e orientare correttamente il dispositivo rispetto alle parti del mondo.

I collettori solari sottovuoto sono molto più pratici dei loro omologhi piatti. Quando uno dei tubi funzionanti si danneggia e si guasta, è molto semplice sostituirlo con uno nuovo. Successivamente il sistema continuerà a funzionare come prima. Se non c’è un’opportunità immediata di mettere un nuovo elemento al posto di quello danneggiato, non importa. L'unità sarà in grado di svolgere i suoi “compiti” anche se ha un'unità con un elemento danneggiato.

Per gli insediamenti nell'emisfero settentrionale è importante posizionare il collettore nella parte meridionale del tetto della casa o sul lato soleggiato del sito. Si consiglia di garantire una deviazione minima per il piano del dispositivo.

Se non è possibile orientare la superficie verso sud, è opportuno scegliere l'angolo più luminoso nello spazio aperto tra ovest ed est.

L'elevata efficienza operativa di un collettore sottovuoto è dovuta anche al fatto che funziona secondo il principio di uno specchio e equalizza la sua potenza termica in base all'altezza attuale del sole

Il complesso di energia solare non deve essere coperto da camini, frammenti decorativi di coperture, rami di alberi estesi ed alti edifici residenziali o tecnici. Ciò ridurrà l'efficienza operativa e ridurrà il livello di riscaldamento degli elementi operativi.

Se l’unità è posizionata correttamente, fornirà quasi lo stesso trasferimento di calore durante tutto l’anno, indipendentemente dalla stagione.

Se non si dispone di una vasta esperienza nell'esecuzione di complessi lavori di riparazione, installazione e impianto idraulico, è irrazionale aspirare i tubi a casa. Questo processo è molto laborioso e richiede conoscenze speciali e attrezzature specializzate.

Inoltre, gli elementi del tipo a vuoto realizzati in modo indipendente hanno un livello di efficienza molto inferiore rispetto alle parti di fabbrica. Pertanto, è più logico acquistare prodotti da un produttore specializzato e quindi provare ad assemblare diverse sezioni a casa.

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Conclusioni e video utile sull'argomento

Una descrizione dettagliata e dettagliata del tubo a vuoto, il principio del suo funzionamento e le caratteristiche del funzionamento del collettore solare nel suo insieme. L'autore racconta alcune sfumature interessanti e mostra che l'installazione può diventare una vera alternativa alla caldaia a gas.

Informazioni interessanti sul funzionamento del collettore solare in inverno.

Come installare correttamente un collettore solare sottovuoto con le proprie mani a casa. Tutte le sfumature del processo, raccomandazioni e suggerimenti utili.

Conoscendo il principio di funzionamento di base di un collettore solare tubolare sottovuoto, puoi assemblare l'unità da solo. L'installazione sarà completamente personalizzata in base alle vostre esigenze e necessità individuali.

Questo non è un compito molto difficile, ma richiede maggiore attenzione, scrupolosità e determinate abilità, altrimenti aumenta notevolmente il rischio di danneggiare l'integrità del pallone e di romperne la tenuta.

Invitiamo tutti coloro che sono interessati a scegliere, installare o autoassemblare un collettore solare a lasciare commenti e porre domande. Il modulo di contatto si trova nel blocco inferiore.