Die rationellste Art, Sonnenenergie zu nutzen, sind heute Vakuumkollektoren des Warmwassersystems. Unsere Überprüfung wird die Hauptfragen zu den Merkmalen des Betriebs von Solaranlagen, ihrer Installation und Verwendung für den häuslichen Bedarf eines Privathauses beantworten.
Wie der Vakuumkollektor funktioniert
Im Gegensatz zu einem Flachkollektor, bei dem ein massiver Heizkörper beheizt wird, in dem ein Wärmetauscher mit Wasser eingeschlossen ist, arbeiten Vakuumsolaranlagen anders. In ihnen zirkuliert das Kühlmittel durch dünne Rohre, die in transparenten Kolben eingeschlossen sind und unter der Einwirkung von Konvektion, die von Erwärmung begleitet wird, von unten nach oben aufsteigen. Optional kann der Vakuumverteiler die folgenden Konstruktionsmerkmale aufweisen:
- Spiegeln Sie den Boden der Glühbirne und fokussieren Sie den Lichtfluss auf die Röhre.
- Das Vorhandensein von Heizkörpern an den Innenrohren trägt zu einer effizienteren Wärmeabsorption bei.
- Beschichtung der Schläuche für einen ähnlichen Zweck.
- Verwendung von Heatpipes, die mit einer Substanz mit niedrigem Siedepunkt gefüllt sind, anstelle von Rohren mit Kühlmittel.
- Vakuumgefüllte Kolben und Verbundglasschale zur Reduzierung der Wärmerückführung.
Die Vorrichtung der Solarkollektor-Vakuumröhre: 1 – Einlass des gekühlten Kühlmittels; 2 – Wärmetauscher (Kollektor); 3 – Kühlkörper; 4 – Wärmedämmung; 5 – Wärmerohrkondensator; 6 – beheizter Kühlmittelauslass; 7 – hermetischer Stecker; 8 – Arbeitsflüssigkeit; 9 – Heatpipe; 10 – Aluminiumplatte (Absorber); 11 – Vakuumröhre;
Die Einführung solcher Lösungen erhöht die Kosten des Kollektors. Je höher der Preis, desto mehr Sonnenenergie kann die Anlage sammeln und zur Warmwasserbereitung senden. Dies ist besonders wichtig im russischen Klima, wo kurze Tageslichtstunden und niedrige Beleuchtungsstärken es ermöglichen, nur hocheffiziente Anlagen zu verwenden. Die Leistung des Sammlers wird anhand seiner Passdaten gemäß den Anforderungen des Warmwassersystems bestimmt.
Montage und Montage des Kollektors auf dem Dach
Einer der Hauptunterschiede des Vakuumverteilers besteht darin, dass kein Anheben auf das Dach und keine Installation als Baugruppe erforderlich ist. Die Installation kann in separaten Einheiten erfolgen, was das unabhängige Arbeiten erheblich erleichtert.
Der Grundrahmen wird zunächst zusammengebaut. Es ist ziemlich voluminös, aber gleichzeitig leicht, so dass die Montage am Boden einfacher durchzuführen ist. Das Hauptstützelement des Rahmens sind die Seitenschienen, die ein quadratisches oder U-förmiges Profil haben. Im oberen Teil sind die Dachreling am Verteiler befestigt – einem Sammelverteiler, an den Heizkolben angeschlossen sind. Unten sind die Profile durch eine Distanzschiene verbunden, an der ein Streifen mit Aussparungen befestigt ist – ein Halter für Vakuumröhren. Zusätzlich sind die Dachreling im Mittelteil durch einen oder zwei Abstandshalter verbunden, die oben stoßdämpfende Polster aufweisen können.
An den Ecken sind an den Seiten des Rahmens Kopftücher mit radialen Rillen angebracht. Die Beine sind mit ihnen verschraubt: lang von der Seite des Verteilers und kurz im unteren Teil. Aufgrund der Möglichkeit der geneigten Befestigung an den Zwickeln kann der Montagewinkel eingestellt werden, jedoch müssen sofort nur die Axialschrauben mit Buchsen angezogen werden, die Klemmen werden nach Abschluss der Installation festgezogen. Die Hinterbeine vieler Sammler sind durch Stahlstreben miteinander verbunden. Im unteren Teil werden geneigte Beine zur Befestigung am Dach mit den Beinen verschraubt.
Nach der Vormontage wird der Rahmen auf das Dach gehoben und an einem nach Süden gerichteten Hang platziert. Zuerst wird der Verteiler unten angebracht, dann wird die Einbaulage durch Verschieben oder Einstellen der Länge der Hinterbeine eingestellt. Die Beine werden durch die Dacheindeckung in der Kiste befestigt, unter den Füßen sind spezielle Dichtungen aus dem Lieferset angebracht. Stellen Sie den Kollektor so auf das Dach, dass die Beine auf den Rippen der geprägten Oberfläche aufliegen. Bei Bedarf werden Zwischenschienen auf dem Dach montiert oder röhrenförmige Schneehalter als solche verwendet.
Es wird angenommen, dass der optimale Neigungswinkel gleich dem geografischen Breitengrad ist, in dem sich der Kollektor befindet. Abhängig von der Jahreszeit und den Konstruktionsmerkmalen kann es jedoch zu Anpassungen kommen, die vom Hersteller in der Installationsanleitung angegeben werden. Bei einigen Sammlern sind die Hinterbeine in Längsschlitzen befestigt, um die Neigung zu verschiedenen Jahreszeiten ändern zu können. Beachten Sie auch, dass an steilen Hängen die Vorder- und Hinterbeine ausgetauscht werden können, um den erforderlichen Montagewinkel beizubehalten.
Installation des Wärmespeichers
Die von den Kollektorrohren aufgenommene Wärme wird an das Warmwasserversorgungssystem übertragen. Ein Betrieb im Durchflussmodus ist jedoch aufgrund unzureichender Momentanleistung nicht möglich. Das erwärmte Wasser wird im Wärmespeicher gespeichert, von wo aus es dann den Abzugspunkten zugeführt wird. Es gibt zwei Möglichkeiten, den Akku einzulegen.
Solar-Vakuumkollektor mit Lagertank
Der erste befindet sich im oberen Teil des Kollektors, während der Tank mit dem Verteiler kombiniert wird und die Wärme aus den Kollektorrohren direkt vom Wasser aufgenommen wird. Diese Platzierung der Batterie ist nur unter dem Gesichtspunkt vorteilhaft, dass sie nicht im Haus installiert werden muss, wodurch nützlicher Platz verschwendet wird. Trotz vorhandener Wärmeisolierung sind die Wärmeverluste jedoch recht hoch, so dass externe Batterien nur in Regionen mit gemäßigtem Klima verwendet werden können. Da im Solarkreislauf Wasser verwendet wird, ist im Tank ein Heizelement eingebaut, das das Kühlmittel im Leerlauf nicht einfrieren lässt, oder es wird ein Nachheizsystem durch begrenzte Zirkulation des Solarkreislaufs implementiert.
Solaranlage zum Erhitzen von Sonnenwasser: 1 – Kaltwasserversorgung; 2 – Wärmetauscher; 3 – indirekter Heizkessel (Wärmespeicher); 4 – Temperatursensor; 5 – Kühlmittelkreislauf; 6 – Pumpstation; 7 – Steuerung; 8 – Ausgleichsbehälter; 9 – heißes Wasser; 10 – Dreiwegeventil; 11 – Sonnenkollektor
Ein im Haus befindlicher Wärmespeicher kann die Wärme des erwärmten Wassers unabhängig von der Außentemperatur die ganze Nacht über speichern. Darüber hinaus ist das Volumen des gespeicherten Wassers praktisch unbegrenzt. Zu diesem Zweck werden in der Regel indirekte Heizkessel verwendet, Propylenglykollösung wird als Wärmeträger im externen Kreislauf für Heizsysteme verwendet.
Verlegung von Rohrleitungen
Eine der schwierigsten Aufgaben bei der Installation eines Kollektors besteht darin, ihn an die internen Leitungen anzuschließen. Die Rohrleitung muss nicht nur extremen Temperaturen standhalten, sondern auch eine hochwertige Isolierung aufweisen. Die beste Option für diese Zwecke sind PEX-Rohre mit einem System von Steckanschlüssen, die in Warmwasserversorgungssystemen verwendet werden..
Idealerweise sollte die Länge der Rohre minimal sein, insbesondere im äußeren Teil der Leitung. Daher ist es üblich, die Kollektoren im untersten Teil des Abhangs zu montieren und die Verbindungsrohre im Bereich Mauerlat unter die Abdeckung zu führen. Eine solche Platzierung ist aufgrund der Beschattung des Installationsortes nicht immer akzeptabel, wodurch der Kollektor nach oben angehoben werden muss und Rohre mit speziellen Dichtungsöffnungen durch das Dach geführt werden. Der äußere Teil der Rohrleitungen muss in eine Isolierhülle aus geschäumtem Polyisocyanurat oder Gummi eingewickelt sein, die Temperaturen über 150 ° C standhält. Die Wärmedämmung muss einen UV-beständigen Außenmantel haben. Die Innenteile der Leitung müssen ebenfalls wärmeisoliert sein..
Umreifungs- und Zusatzgeräte
Die interessanteste technische Herausforderung bei der Installation eines Solarkollektors besteht darin, ihn mit anderen Sanitärsystemen zu verbinden, einen ordnungsgemäßen Betrieb sicherzustellen und gleichzeitig eine Reihe von Kinderkrankheiten der Solaranlage zu lösen. Der Anschluss ist am einfachsten, wenn sich die Batterie außerhalb befindet: Kaltes Wasser wird dem unteren Abzweigrohr zugeführt, heißes Wasser wird aus dem oberen Abzweigrohr entnommen, die Flüssigkeit wird unter dem Arbeitsdruck des Wasserversorgungssystems bewegt.
Der Anschluss des internen Speichers an den Verteiler des Kollektors erfolgt über zwei parallele Rohre, während im Kühlspalt eine Umwälzpumpe mit nassem Rotor und einem speziellen Hydraulikkreis für Solarsysteme installiert ist. Der Pumpenpass muss die Möglichkeit bieten, in Systemen mit Propylenglykol zu arbeiten.
Eines der Hauptprobleme, das während des Betriebs eines Solarkollektors auftritt, ist die Stagnation, wenn die Temperatur in beiden Kreisläufen ein praktisches Maximum erreicht und das Kühlmittel im Verteiler oder in den Kollektorrohren selbst zu kochen beginnt. Dieses Phänomen wird hauptsächlich einige Stunden vor Mittag beobachtet, da das Wasser in der Batterie während der aktivsten Heizperiode keine Zeit hatte, sich vollständig abzukühlen. Die primitivste Lösung für das Problem besteht darin, die aktive Zirkulation einige Stunden vor Tageslicht einzuschalten, um die Batterie vollständig zu kühlen. Dies löst das Problem nicht vollständig und ist auch für die Bewohner nicht ganz praktisch.
Eine alternative Möglichkeit besteht darin, den zusätzlichen Stromkreis bei Überhitzung einzuschalten. Diese Lösung wird durch die Installation eines Paares Dreiwegeventile mit Servoantrieben am Verbindungspunkt zum Verteiler realisiert, die durch ein 3-4 Meter langes Rohr verbunden sind. Wenn die maximale Temperatur im Primärkreis erreicht ist, öffnet die Steuerung die Abgriffe, wodurch die Leitung verlängert wird und eine zusätzliche Kühlung des in den Verteiler eintretenden Kühlmittels erfolgt.
Eine andere, rationellere Option besteht darin, den Wärmespeicher an das Heizsystem anzuschließen. Wenn eine Stagnation auftritt, stoppt die Hauptheizeinheit und ein Teil des Wassers aus dem Rückfluss wird zum dritten Wärmetauscher des indirekten Heizkessels geleitet, um dessen Inhalt zu kühlen. Strukturell ist eine solche Lösung komplizierter und darüber hinaus teurer in der Implementierung, aber gleichzeitig unter dem Gesichtspunkt der Energieeffizienz viel rentabler. Alle beschriebenen Methoden funktionieren in der warmen Jahreszeit nicht gut, daher kann der Kollektor nur durch künstliche Beschattung vor Überhitzung geschützt werden..
Wie schwer ist es, einen Vakuumsolarkollektor zu installieren und anzuschließen? Gibt es bestimmte Schritte oder Maßnahmen, die beachtet werden müssen? Und wie ist der Betrieb eines solchen Systems? Ist es wartungsintensiv oder muss man regelmäßig etwas überprüfen oder reinigen?