Kolektory słoneczne próżniowe: kompendium wiedzy
31-05-2011Wyświetleń: 2790 Coraz większe zainteresowanie instalacjami solarnymi wykorzystywanymi do produkcji ciepłej wody użytkowej, a także wspomagania ogrzewania budynków, doprowadziło do zwiększenia zainteresowania kolektorami próżniowymi. Przeprowadzane badania kolektorów próżniowych wskazywały na ich większą sprawność niż kolektorów płaskich. Z biegiem czasu zaczęły pojawiać się mity na temat osiągnięć i niezawodności kolektorów próżniowych. Spotykane na rynku kolektory próżniowe nie są sobie równe. Prawidłowo i starannie wykonane kolektory próżniowe mają większą sprawność od kolektorów płaskich. Niestety dość duży odsetek kolektorów próżniowych znajdujących się na rynku, nie spełnia podstawowych wymogów. Pod względem wizualnym niewiele się różniące od produktów wiodących firm. Wszak cała tajemnica tkwi wewnątrz kolektora. W niniejszym artykule zostanie przedstawiona budowa i zasada działania tych kolektorów oraz sposoby ich rozróżniania. Podstawowym błędem popełnianym przez osoby, nie posiadające gruntownej wiedzy na temat kolektorów słonecznych, jest wrzucenie wszystkich typów kolektorów próżniowych do jednego worka. Jeżeli posłużymy się przykładem: mercedes i maluch, i to samochód, i to samochód, a jaka między nimi różnica, to na kolektory należy spojrzeć bardziej krytycznie. Przede wszystkim przy wyborze należy zwrócić uwagę na: wewnętrzną budowę, ilość rur i ich średnicę. Są kolektory które posiadają nie więcej niż dziesięć rur i są kolektory, które mają dwadzieścia i więcej rur, przez co nie są one sobie równoważne. Są kolektory, gdzie średnica zewnętrzna rury wynosi 47 mm, a są kolektory o średnicy rur 58 mm,co też nie jest bez znaczenia.W kolektorze płaskim obliczenie powierzchni apertury (powierzchni czynnej absorbera, na której wytwarzane jest ciepło) jest proste: szerokość razy wysokość absorbera, w kolektorze próżniowym istnieje istna “wolna amerykanka”. Nierzetelne obliczenie powierzchni apertury prowadzi do błędnego wyznaczenia ilości rur w instalacji solarnej w stosunku do zapotrzebowania na ciepło. Dla przykładu prześledzimy kolektor składający się z 15 rur o średnicy 58 mm i o długości 1,8 m. Wiele firm sprzedających kolektory do obliczeń przyjmuje właśnie średnicę 58 mm, a ponieważ warstwa absorpcyjna napylona jest na wewnętrznej rurze, której średnica wynosi47 mm, to właśnie tę różnice winniśmy wziąć do obliczeń.  Trzy typy: Obecnie na polskim rynku najbardziej popularne są trzy typy kolektorów pod względem rozwiązań konstrukcyjnych:z gorącą rurką, tak zwane heat-pipe (gorąca rurka – rurka miedziana umieszczona w środku rury próżniowej, w której znajduję się czynnik o bardzo niskiej temperaturze wrzenia), z dwufazową wymianą ciepła i z absorberem naniesionym na zewnętrzną ściankę wewnętrznej rury, o bezpośrednim przepływie z absorberem na zewnętrzną ściankę wewnętrznej rury, rzadziej o bezpośrednim przepływie z listkiem absorbera umieszczonym wewnątrz przeźroczystej rury próżniowej. Na wstępie zajmiemy się dwoma pierwszymi, bo te wzbudzają najwięcej kontrowersji. W płaskim kolektorze przepływ ciepła z absorbera do czynnika grzewczego jest stosunkowo prosty – rury z czynnikiem przymocowane są bezpośrednio do absorbera, gdzie w bezpośredni sposób ciepło przekazywane jest do czynnika grzewczego  Kolektory z gorącą rurką (heat - pipe): W tym typie kolektorów próżniowych droga wytwarzanego ciepła jest skomplikowana: ciepło wytwarza się na zewnętrznej ściance wewnętrznej rury, a więc na szklanej rurze, więc ciepło w jakiś sposób przekazywane jest parownika gorącej rurki. Przekazanie tego ciepła w większości kolektorów następuje poprzez kontakt wyprofilowanych kawałków taśmy aluminiowej między szkłem a rurą parownika. Niestaranne wyprofilowanie blachy aluminiowej powoduje zły kontakt ze szkłem, przez co przewodzenie ciepła między szkłem a rurą parownika jest kiepskie, gdyż ciepło przekazywane być musi poprzez powietrze znajdujące się wokół blachy.Efektywne przekazanie ciepła następuje tylko w miejscach styku blachy ze szkłem. Poza tym blacha część ciepła mogłaby absorbować, ale ze względu na swoje własności odbija je z powrotem do szkła (jest to zjawisko podobne jak umieszczenie za grzejnikiem na ścianie foli aluminiowej). Gdy ciepło trafi już do blachy aluminiowej, kolejnym etapem jego wędrówki jest parownik. Tu pojawia się kolejny problem występujący na styku parownika i blachy aluminiowej. Na skutek ogrzania rury parownika ciecz umieszczona w niej paruje i skraplając się w skraplaczu, ogrzewa go do znacznej temperatury. Sam skraplacz umieszczony jest na końcu parownika w formie charakterystycznego zgrubienia rury i jest on wetknięty w magistralę zbiorczą kolektora. Tu ciepło przekazywane jest znów przez kontakt na styku skraplacza z magistralą zbiorczą. Duży wpływ na sprawność kolektora ma jakość wykonania tego połączenia. W sprawnie działających kolektorach temperatura czynnika odbierającego ciepło powinna być zbliżona do temperatury skraplacza, gdyż różnica ich temperatur jest wyznacznikiem poprawności przepływu ciepła. W kolektorach z gorącą rurką ze względu na zbyt małą powierzchnię skraplacza czynnik grzewczy nie odbiera ciepła w sposób dostateczny, powodując nadmierne rozgrzewanie skraplacza. A przecież w przekazywaniu ciepła powierzchnia ma decydujące znaczenie. Cechą charakterystyczną tych kolektorów jest ustalenie przez producenta przepływu przez kolektor 15-rurowy na poziomie 1,5 l/min, a więc mocno zdławiony.  Kolektory o bezpośrednim przepływie: Ten typ kolektorów ma znacznie prostszą budowę, niż kolektory opisane powyżej. Czynnik przepływa przez rurę miedzianą wyprofilowaną w kształcie litery „U”, gdzie u-rurka jest umieszczona bezpośrednio w rurze próżniowej. Niestety powstaje tu znowu problem przekazania ciepła z wewnętrznej rury próżniowej. Podobnie jak w poprzednim typie kolektorów wyprofilowana taśma aluminiowa „gubi” znaczną część ciepła na styku rura szklana – taśma i taśma- rura miedziana. W modelu tym, jak widać, blachy są już bardziej starannie wyprofilowane, jednak powrotna część „u-rurki” nie jest opasana przez taśmę aluminiową, przez co transport ciepła odbywa się tylko górną rurka. Aczkolwiek ciepło przekazywane jest z taśmy aluminiowej poprzez „u-rurkę” do czynnika grzewczego, to powierzchnia, którą jest ono przekazywane, jest o wiele większa niż w kolektorze wcześniej rozpatrywanym. Sprawność Tego typu kolektora jest już większa, jednak powstająca warstwa tlenku miedzi na rurce z czasem nieco pogorszy pozyskiwaną ilość ciepła z takiego kolektora. Podstawową różnicą między kolektorami płaskimi a próżniowymi, podkreślaną w przesadny sposób jest uzysk cieplny kolektora przy promieniowaniu rozproszonym, czyli takim gdy niebo jest zachmurzone. Przypomnijmy, że na skutek zamiany promieniowania słonecznego na absorberze kolektora uzyskujemy ciepło, lecz, jak widać na rysunkach, najwięcej ciepła wytwarzane jest z promieniowania podczerwonego, a to podczas zachmurzonego nieba jest znikome ze względu na pochłaniające je chmury.Kąt pochylenia kolektora. Niebagatelny wpływ na uzysk energetyczny kolektora ma również kąt pochylenia, wszak w okresach zimowych jest on bardzo niekorzystny. Jeżeli podczas pięknej słonecznej pogody natężenie promieniowania wynosi ok. 1000 kWh/m2, to podczas pełnego zachmurzenia wartość ta wynosi 100 – 200 kWh/m2. Wynika to z tej przyczyny, że promieniowanie podczerwone pochłaniane jest przez warstwę chmur. Ponieważ do kolektora dochodzi tylko światło widzialne i ono jest przetwarzane na ciepło, ilość ciepła jest tak mała. Jednocześnie oddawanie ciepła do atmosfery, czyli straty kolektora zależą tylko od jego izolacyjności. I w tym przypadku kolektor próżniowy jest lepszy od płaskiego – izolacje kolektora próżniowego tworzy właśnie próżnia w rurze termosu. Niestety, sposób odbioru ciepła z kolektora próżniowego do instalacji właściwie niweluje tę przewagę, zwłaszcza że te minimalne ilości ciepła właściwie pochłaniane są przez wymienione wyżej procesy jego przekazywania. Bo nie sztuką jest zagotowanie szklanki wody, tylko nagrzanie całej wanny. zobacz pełną ofertę na: Solary próżniowe tagi dla wyszukiwarek: solary, próżniówki Kraków, zestawy solarne, kolektory słoneczne, kolektory solarne, heat pipe, u-rurki, gorące rurki, próżniowe wymienniki słoneczne |
Im mniejsza masa układu oddawania ciepła, tym układ szybciej osiągnie swoją pełną moc nominalną, szybciej też wypełni swoją funkcję grzewczą czyli jest układem bardziej dynamicznym. Układ grzewczy o małej masie całkowitej z nieporównanie mniejszym początkowym wydatkiem energii oraz znacznie, znacznie szybciej można podgrzać do temperatury pracy efektywnej. Gdy układ grzewczy jest już w fazie grzania ciągłego, wówczas szybkość ta ma nadal znaczenie jedynie przy kotłach pracujących cyklicznie. O ile konwektory elektryczne „startują” natychmiast po włączeniu, ogrzewanie podłogowe potrzebuje wielu godzin by się „naładować”. W okresach przejściowych musi to spowodować nieoptymalne gospodarowanie energią. Duża masa całkowita układu oddawania ciepła skutkuje dużą bezwładnością cieplną. Przegrzewanie pomieszczeń nawet niewielkiego stopnia jest zawsze nieekonomiczne, gdyż im wyższa temperatura wewnątrz, tym rośnie dT wobec otoczenia i następuje większa utrata ciepła. Moment efektywnego grzania grzejników o dużej masie następuje po długim czasie i trwa nadal, mimo, że zadane parametry temperatury zostały już osiągnięte. Elektronika sterująca, mająca za cel niwelowanie negatywnych ekonomicznych skutków dużej bezwładności układu, w wypadku układu o małej masie całkowitej jest najczęściej zbyteczna. Układ grzewczy o małej masie całkowitej umożliwia nie tylko szybki dostęp użytkownika do dynamicznie mu podanego ciepła lecz również uzyskanie ciepła w dokładnie pożądanej ilości. Układ o małej masie służyć może praktycznie przez cały rok, gdyż użytkownik nie ma ekonomicznych, finansowych rozterek przy jego uruchomieniu na kilkanaście, kilkadziesiąt minut w celu dowolnego stopnia korekty temperatury. Ponownie szeregując tym razem według masy całkowitej wymiennika ciepła, sposoby ogrzewania, otrzymamy następujące uporządkowanie: konwektory, grzejniki Regulus-system, panele stalowe, żeberka aluminiowe, panele stalowe z konwektorem, ogrzewanie ścienne, ogrzewanie podłogowe. Oznacza to, że to właśnie grzejniki Regulus przodują w dynamice procesu ogrzewania w grupie wymienników wodnych.
