Изпълнение на тръбния път между колекторите и топлообменника

 След като разгледах вакуумно-тръбните слънчеви колектори дойде ред и на тръбния път между тях и бойлера. Като част от системата, връзката между двете най-важни звена е много важно.

 При изпълнение на тръбния път е добре да се съобразят няколко неща.

• Максимална работна температура на слънчевите колектори

 В повечето случаи тази температура надвишава 100^оС. Основно ограничение за тази температура се явява не самия слънчев колектор, а циркулационната помпа. Помпените възли, които се поставят имат работна температура до 120^оС. За да се използва максимално системата, то тя трябва да функционира дори при тези високи температури. Това е и първия фактор, който влияе на избора на тръби за връзка между слънчевите колектори и топлообменника (серпентината) в бойлера. Тръбите трябва да имат работни температури от поне 120^оС, за да не ограничават допълнително системата.

• Необходим дебит за оптимален топлообмен в слънчевите колектори

 При проектиране на слънчева инсталация се определя и оптималния дебит, при който тя трябва да работи. Той определя колко ефективно се извършва топлообмена в слънчевите колектори. Дебитът също е важен фактор за определяне на диаметъра на тръбите. Ако се избере прекалено малък размер на тръбите е вероятно да не може да се постигне оптималния дебит и системата да не работи ефективно. При избор на по-големи тръби от нужните единствения ефект е по-високата инвестиция за тръбен път и изолирането му, а оттам и по-големи загуби. Затова е важно тръбите да не се избират нито с по-голям, нито с по-малък от необходимия диаметър за осигуряване на оптималния дебит.

• Изолация на тръбния път

 Изолацията на тръбите до слънчевите колектори е от особено значение за работата на системата. Тя не влияе пряко върху нея, а по-скоро косвено поради загубите на топлина поради липса или недостатъчно дебела изолация. При изпълнение на тръбния път трябва да се предвиди необходимата дебелина и вид на материала. В практиката се вижда, че почти винаги изолации с дебелина по-малка от 19мм са недостатъчно добри за да запази загубите достатъчно ниски при работни температури до 120^оС.

 Както се вижда, изборът и изграждането на правилния тръбен път свързващ слънчевите колектори и бойлера не е толкова трудно. Основните параметри, които трябва да се имат в предвид са:

• работна температура на тръбите поне 120^оС
• диаметъра на тръбите да е съобразен с оптималния дебит на системата
• изолацията да е поне 19мм дебела.

Материалът на тръбите може да е различен. Може да е неръждавейка, стомана, мед и други. Основната идея е да не оскъпи много системата, но и да не я ограничава.

Вакуумно-тръбни колектори с принудителна циркулация

  Тъй като в последно време на българския пазар се появиха много по качество и народност слънчеви колектори, реших да споделя моя опит и мнение относно тях. Като начало ще започна с разглеждането на технологията им и принципа им на действие.

• Вакуумна стъклена тръба

  Идеята при използването на т.нар. вакуумни тръби е много проста. Вакуумът като изолатор е много по-добър от всяка друга изолация. Както се вижда "изолацията" се намира между двете стени на стъклената тръба. По този начин се постига един много търсен ефект: абсорбираната енергия от слънчевото лъчение не се губи. Схемата е примерна и не е задължително всички тръби да са със същата структура като показаната. Размерите и означенията също.

 Стъклените тръби като компонент от слънчевите колектори не са един от изключително важните компоненти. Тяхното производство се изпълнява в над 90% от случайте в китайски заводи. Качеството им зависи от контрола, който собственика на завода упражнява и от вложените материали. След като започнаха масово да се предлагат преди няколко години, производителите на слънчеви колектори се ориентираха и се сдобиха със заводи в Китай за да могат по-лесно да контролират качеството на продукцията. Освен контрола обаче, тяхното качество зависи и от материалите, които се влагат, и от технологията, по която се правят. Всички тръби трябва да са достатъчно здрави за да издържат на градушки. Покритието, което поглъща слънчевото лъчение също е от значение, тъй като от него зависи кои лъчи ще бъдат погълнати и кои ще са отразени. В идеалния случай, тръбата трябва да е от закалено стъкло и покритието да е огледално от вътрешната страна.

  Върху вакуумните тръби на слънчевите колектори попадат лъчи под различни ъгли. В следствие на физичните закони една част от тях се пречупват от самото стъкло и така се пропуска енергия. С тази цел някои слънчеви колектори имат монтирани отражатели.

• Концентричен параболичен отражател

  Звучи сложно и неразбираемо, а идеята му е съвсем проста. Самият отражател представлява ламарина, която е поставена под тръбите. Смисълът е в това, че пропуснатите лъчи се отразяват от нея и се връщат обратно към тръбите. Както се вижда от картинката ламарината не е плоска, а е с извивки под всяка една тръба. Това помага за по-доброто насочване към центъра на вакуумните тръби на слънчевите колектори, където се абсорбира лъчението от слънцето. Един от недостатъците, които се изтъкват е, че тази ламарина се замърсява. Дали е недостатък? Категорично не! Представете си, че тази ламарина я няма. Тогава няма да се замърсява, но няма и да връща пропуснатите лъчи към тръбите. Друг недостатък, който се изтъква е, че задържа сняг. Сигурни ли сте, че е така? Абсолютно не! Снегът се задържа върху тръбите със и без тази ламарина, но като изгрее слънцето той не пропуска 100% от лъчите, колкото и да е чист. Поглъщайки дори и малка част от тях, той започва да се топи, натежава и се свлича от колекторите. Същото важи и за отражателя, но с по-голяма сила, тъй като той отразява пропуснатите от снега лъчи обратно в него, докато при тръбата те се поглъщат.

  Въпреки позитивите, които носи отражателя поставен под тръбите, има много производители, които не монтират този компонент. При тях облъчването е само върху площта с непосредствено изложение към слънцето. Всички останали лъчи, които преминават покрай тръбите се пропускат и не се използва тяхната енергия. Колкото и близо една до друга да са разположени стъклените тръби на слънчевия колектор те не могат да достигнат ефективността на колектор с концентричен параболичен отражател.

  Изяснихме и основната идея, която се реализа за "насочване" на лъчението към тръбите. Целият процес по насочване и абсорбиране на лъчите от стъклените тръби вече е изяснен. Остана да видим как поетата енергия в стъклените тръби се пренася към бойлера. И тук има варианти. Човек не спира да измисля различни и нови технологии и приложения на вече съществуващи такива.

• Heat-pipe - т.нар. топлинна тръба

 След като е абсорбирано определено количество енергия от слънцето, елементите във вътрешната част на стъклената тръба се нагряват. Пренасянето на тази топлина от слънчевия колектор до бойлера е много важен процес. При него топлината се отнема от металните елементи с помощта на флуид, който е лесно изпарим. След своето загряване, на принципа на естествената циркулация, той се издига в горния край на стъклената тръба и отделя там акумулираната енергия. В горния край на тази топлинна тръба се извършва още едно прехвърляне на енергия (топлина) от изпарителя към циркулиращия флуид, който ще я пренесе в бойлера и там ще загрее водата в него. Колко пъти прехвърляме енергията между компонентите докато загреем бойлера? Три пъти! При всеки един от тях се губи енергия в системата. Основен недостатък на тези системи, когато се използват в комбинация с принудителна циркулация е слабия топлообмен между топлинната тръба и циркулиращия флуид. Основна причина за това е малката контактна повърхност между двата компонента от системата. Друг основен недостатък за българския пазар е, че търговците представят топлинната тръба пред клиентите като запълнена с фреон, а това реално не при всички слънчеви колектори е вярно!

 Другият вариант за преноса на топлината от самият слънчев колектор към бойлера е с директен топлообмен.

• U-pipe - директен топлообмен във вътрешността на стъклените тръби

 При тази технология за топлообмен усвояването на енергията се извършва директно от флуида, който циркулира в системата (колектор-серпентина). По този начин усвоената енергия в слънчевия колектор се прехвърля от металните елементи в стъклената тръба към циркулиращия топлоносител. Самият топлообмен се извършва едновременно във всички стъклени тръби, което спомага за бързото отнемане на топлината. Площта, която се използва за пренасяне на енергията е сравнително голяма. Загрятият вече флуид пренася топлината до серпентината (топлообменника) в бойлера и там я отдава във водата. При тази технология имаме само два етапа при преноса на енергията от колектора към бойлера. Площта е по-голяма в сравнение с технологията heat-pipe. Много важно предимство на този тип системи е това, че дебита на флуида през колектора може да се регулира за да се оптимизира топлообмена в самия слънчев колектор. Друг плюс на тази система е бързия топлообмен, който се извършва едновременно във всяка тръба. Забележими недостатъци при тази технология няма.

 След като разгледахме основните елементи, от които зависи качеството на един слънчев колектор, остана само да спомена, че всяка една слънчева система с принудителна циркулация има нужда от автоматика. Този елемент също е много важен, тъй като той определя кога ще започне пренасянето, с помощта на помпа, на усвоената енергия от панела към бойлера и кога ще спре.

 Последният компонент от тези системи е тръбната връзка между слънчевите колектори и бойлера. Материалът, от който се изработват тръбите, се определя от производителя. Някои имат изискване да се използват само медни или стоманени тръби. Задължително е да са добре изолирани тръбите с дебела изолация, за да се намалят топлинните загуби.

Това са основните компоненти на една слънчева система. Слънчевият колектор е най-важния елемент, тъй като той е източника на енергия в системата. В следващите постове ще разгледам и останалите компоненти по-подробно, за да добиете представа за какво да следите при закупуване на слънчева система.