Vakuum solfanger: funktionsprincip + sådan bygger du den selv

Der bruges betydelige midler på varmtvandsforsyning og opvarmning af rum. Men der findes en alternativ energikilde – vakuum solfangeren. Har du hørt om den? Den kan i høj grad reducere de finansielle omkostninger ved at opretholde komfort, samtidig med at den giver maksimal varmeeffekt med minimalt varmetab.

Dette apparat kan købes fra producenter af husholdningsudstyr eller samles selv derhjemme. For at vælge den rigtige model skal man studere en del information. Vi hjælper dig med at beslutte de vigtigste købskriterier.

Artiklen vil handle om driftsprincippet og konstruktionen af vakuum solfangeren. Vi vil fortælle om konstruktionsdetaljerne for forskellige modeller, diskutere fordele og ulemper ved disse enheder. Derudover vil vi i detaljer beskrive, hvordan man laver og installerer en vakuum solfanger selv.

Materialet er ledsaget af videoer, hvorfra du vil lære om vigtige egenskaber og driftsprincipper for vakuum solfangere.

Driftsprincip for vakuumaggregatet

I modsætning til almindelige solsystemer adskiller vakuum solfangeren sig ved måden solenergien omdannes. Et klassisk batteri modtager simpelthen lys og omdanner det til elektricitet. Solfangeren består derimod af glasrør med et genskabt vakuum indeni. De samles til et system ved hjælp af specielle koblingsenheder.

Inde i hvert rør er der en kanal af en eller to kobberstænger med en varmebærer. Ved at opsamle solstråler opvarmer det aktive element varmebærermaterialet og sikrer dermed solfangerens drift.

På grund af denne konstruktion stiger energiudbyttet betydeligt, og varmetabet reduceres markant, da vakuumlaget gør det muligt at bevare omkring 95 % af den opsamlede solenergi.

En vakuum solfanger placeret på taget af et privat hus vil forsyne beboerne med varmt vand hele året rundt, og i den kolde sæson vil det gøre det muligt at opvarme rummet komfortabelt uden at bruge store økonomiske midler.

Derudover reduceres kollektorens præstationsafhængighed af sæsonbestemte forhold, omgivelsestemperatur og forskellige vejrforhold såsom vindstød, skiftende skydække, nedbør osv.

Hvordan er en vakuum solfanger opbygget?

Moderne vakuumapparater, der forsyner rum med varme og varmt vand ved hjælp af solenergi, er teknologisk forskellige.

Kollektorerne inddeles i følgende typer:

• rørformet uden glasbeskyttelsesdækning;
• modul med reduceret konvertering;
• standard flad variant;
• enhed med transparent varmeisolering;
• luftaggregat;
• flad vakuumkollektor.

En vakuum solfanger kan levere varmt vand og opvarmning når som helst på året og under alle vejrforhold (+)

De har alle en fælles konstruktion, da de består af:

• ydre gennemsigtigt rør, hvorfra luften er fuldstændig pumpet ud;
• opvarmet tilslutningsrør, placeret i det store rør, hvor den flydende eller gasformige varmebærer bevæger sig;
• en eller to samlefordelere, hvortil større kaliberrør tilsluttes, og cirkulationskredsen af tynde rør indeni indgår.

Hele konstruktionen minder lidt om en termokande med gennemsigtige vægge, hvori der er opretholdt et enestående højt niveau af termisk isolering. Takket være denne funktion opnår den indre rørs krop evnen til at opvarme sig effektivt og fuldt ud afgive energiresursen til den cirkulerende varmebærer inde i systemet.

Konstruktionsdetaljer og klassifikation

Vakuumkollektorer klassificeres efter typen af glasrør installeret i konstruktionen eller efter varmekanalernes egenskaber. Rør er normalt koaksiale eller fjederrør, og varmekanaler er U-formede gennemstrømnings- og heat pipe-typer.               .

Karakteristik af koaksiale rør

Koaksiale rør er en dobbelt glaskolbe-termos med et kunstigt skabt vakuumrum mellem væggene. Rørets indre overflade har et lag af speciel varmeabsorberende belægning, så den faktiske varmeoverførsel sker direkte fra glasskolbens vægge.

Koaksiale rør er lavet af højstyrke glas baseret på borosilikater med høj lystransmissionsevne. Elementerne, afhængigt af producenten, har op til tre lag magnetronsputtering, udviser fremragende styrke og modstandsdygtighed over for forskellige atmosfæriske påvirkninger (regn, hagl osv.), tåler tryk på 1 Mpa og fungerer pålideligt i 15 år.

Som absorberende element indsættes et kobberrør indeholdende en etherblanding i glasrøret. Under opvarmning fordamper det, afgiver effektivt sin varme, kondenserer og løber ned til den nederste del af røret. Derefter gentages cyklussen, hvilket skaber en kontinuerlig varmevekslingsproces.

Egenskaber ved fjerrør

Vakuum fjederrør har større vægtykkelse end koaksiale rør og består ikke af to, men af en enkelt kolbe. Det indre absorberende element af kobber er forsynet med en stærk forstærker i hele længden – en korrugeret plade med en avanceret energiabsorberende belægning.

Takket være denne konstruktionsfunktion placeres vakuumet direkte i varmekanalen, hvor en del af det sammen med absorbenten integreres direkte i kolben.

Fjedervakuumrør indeholder indvendigt en plade, der i form minder om en fjer. Med hensyn til virkningsgrad overstiger den sine koaksiale modparts muligheder, men har en væsentlig højere pris og er vanskelig at udskifte i tilfælde af beskadigelse af kolben eller svigt af varmeelementet.

Kollektorer fremstillet på basis af fjedervakuumrør anses for at være de mest effektive i deres klasse, klarer sig godt med de stillede opgaver og fungerer pålideligt i mange år.

Driftsprincip for heat pipe varmekanal

Varmekanaler (heat pipes) består af lukkede rør, der indeholder en letfordampelig væske. Under påvirkning af solens stråler opvarmes den, stiger til den øverste del af kanalen og koncentreres der i en speciel varmeopsamler (manifold).

Arbejdsvæsken afgiver på dette tidspunkt al den akkumulerede varme og falder igen ned for at genoptage processen.

Heat-pipe-varmevekslerens muffe forbindes med manifoldens varmeveksler via en speciel fatning, der er loddet ind i selve 1-rørsvarmeveksleren, eller omsluttes af en 2-rørsvarmeveksler.

Arbejdselementet i varmekanalen (heat pipe) er fremstillet af kobber, i sjældnere tilfælde af aluminium. Det udviser høj modstandsdygtighed over for driftsbelastninger, holder pålideligt i 15 år, har en rimelig pris og er et af de mest populære elementer i moderne vakuumsolsystemer af rørtype.

Den frigivne energi fra varmebeholderen optages af varmebæreren og transporteres videre i systemet, hvilket sikrer tilstedeværelsen af varmt vand i haner og radiatorer. Heat pipe-systemet monteres let og viser høj effektivitet i drift.

Kollektorer udstyret med vakuumrør (heat pipe) udmærker sig ved et højt pålidelighedsniveau og er velegnede til brug ikke kun i husholdninger, men også i højtryks-soltermiske systemer.

Ved brud eller fejlfunktion er det uden problemer muligt at udskifte den defekte enhed med en ny, uden at skulle omstrukturere hele systemet.

Reparationsarbejde kan nemt udføres direkte på kollektorens placering, uden at demontere enheden og uden unødig anstrengelse.

Beskrivelse af U-formet gennemstrømningsvarmeveksler

Røret i gennemstrømningsvarmeveksleren har form som et U. Inde i det cirkulerer vand eller arbejdsvarmebærer fra varmesystemet. Den ene del af elementet er beregnet til kold varmebærer, og den anden leder korrekt den allerede opvarmede væske væk.

Ved opvarmning udvider arbejdsmediet sig og strømmer ind i akkumuleringstanken, hvilket skaber en naturlig cirkulation af væske i systemet. En speciel selektiv belægning påført de indvendige vægge øger varmeabsorptionsevnen og forbedrer systemets samlede effektivitet.

Sammenlignet med heat-pipe-rør har U-formede produkter større hydraulisk modstand, stiller højere krav til varmebæreren og er betydeligt dyrere. Kollektorer, der fungerer med gennemstrømnings U-rør, kan ikke arbejde under højt tryk og sikrer kun kvalitetsvarmeafgivelse i den varme sæson.

U-type rør viser høj ydeevne og giver solid varmeafgivelse, men de har en væsentlig ulempe. De udgør en integreret konstruktion med manifolden og monteres altid sammen med den.

Det er ikke muligt at udskifte et enkelt rør, der er gået i stykker. Til reparation skal hele komplekset demonteres og erstattes med et nyt.

Sammenligning af forskellige modifikationer

Ved fremstilling af solfangeranlæg kombineres varmekanaler og vakuumglasrør til solfangere i forskellige kombinationer.

De mest populære blandt forbrugerne er koaksiale modeller med varmekanalen heat pipe. Kunderne tiltrækkes af den overkommelige pris og den meget simple, tilgængelige vedligeholdelse i hele levetiden.

Vakuum solfanger med heat pipe-kanal kan repareres let. Udskiftning af beskadigede rør sker på stedet og kræver ikke demontering af systemet eller flytning. Dog er varmevekslingen i disse modeller kompliceret, hvilket betyder, at virkningsgraden er højst 65%.

Vakuumapparater med heat pipe-kanaler viser høj pålidelighed og har ingen begrænsninger i brugen, selv i højtryks solvarmeanlæg.

Apparater med koaksial kolbe, der indeholder gennemstrømmende U-formede kanaler, er også efterspurgte. De kendetegnes ved lavt varmetab og en virkningsgrad på 70% eller mere.

For korrekt funktion skal vakuumapparatet med U-kanal installeres korrekt. Det anbefales, at hældningsvinklen er mindst 20⁰. Kun på den måde opnås maksimal ydeevne.

Situationen forværres dog af: en kompliceret reparationsproces, speciel vedligeholdelse under drift og umuligheden af at udskifte en enkelt defekt enhed. Hvis der sker noget med apparatet, demonteres det og erstattes med en helt ny solfanger.

Fjer-type rør er konstruktionsmæssigt en enkelt cylinder af glas med fortykkede, solide vægge (afhængigt af producenten fra 2,5 mm og opefter). Indsatsen af fjerabsorber indeni omgiver tæt arbejdskanalen, som er lavet af varmeledende metal.

Næsten perfekt isolering skabes af vakuumrummet inde i glasbeholderen. Absorberen overfører den absorberede varme uden tab og giver systemet en virkningsgrad på op til 77%.

Hvis der opstår en fejl, kan samlere med fjerformede rør repareres. Det er ikke nødvendigt at udskifte hele systemet; det er tilstrækkeligt at finde den beskadigede enhed, afmontere den og erstatte den med en ny.

Modeller med fjerformede elementer er lidt dyrere end koaksiale, men på grund af deres høje effektivitet sikrer de fuld komfort i rummet og betaler sig hurtigt.

De mest effektive og produktive er fjerformede kolber med indvendige gennemstrømningskanaler. Deres faktiske virkningsgrad når undertiden rekordniveauer på 80 %.

Ved montering af fjerformede rør i rammen sættes der en kraftig krympemøtrik med en ring og en varmebestandig pakning på stangen af hver del. Dette sikrer tætheden af hele konstruktionen og gør det muligt for kollektoren at fungere korrekt under alle forhold.

Prisen på produkterne er ret høj, og ved reparation skal al varmebæreren tømmes fra systemet, før man kan begynde at fejlrette.

Hvordan skal varmeopsamleren være?

Varmeopsamleren er endnu en meget vigtig arbejdskomponent i en vakuumkollektor. Gennem denne enhed overføres den opsamlede varme fra rørene til varmebæreren.

Varmeopsamleren er placeret i den øverste del af apparatet. En af dens komponenter, en kobberkerne, modtager energien og overfører den til den primære varmebærer, der cirkulerer i det lukkede system 'beholder-kollektors varmeveksler'.

Korrekt drift sikres af en cirkulationspumpe tilsluttet systemet. Automatikken, der styrer varmekomplekset, overvåger nøje temperaturerne i kanalerne, og hvis de falder under den tilladte kritiske minimum (f.eks. om natten), stopper den pumpen.

Dette forhindrer tilbagevarmning, hvor varmebæreren begynder at tage varme fra det varme vand, der er samlet i akkumuleringsbeholderen.

Fordele og ulemper ved vakuum solfangere

Den største fordel ved enhederne menes at være det næsten fuldstændige fravær af varmetab under drift. Dette sikres af vakuummiljøet, som er en af de mest effektive naturlige isolatorer. Men listen over fordele slutter ikke her.

Enhederne har også andre tydelige fordele:

• effektiv drift ved lave temperaturer (ned til -30°C);
• evne til at akkumulere temperatur op til 300°C;
• maksimal mulig absorption af termisk energi, inklusive det usynlige spektrum;
• driftsstabilitet;
• lav modtagelighed over for aggressive atmosfæriske påvirkninger;
• lav vindmodstand, som skyldes konstruktionsmæssige egenskaber ved rørsystemer, der kan lade luftmasser med forskellig tæthed passere igennem;
• høj effektivitet i regioner med tempereret og køligt klima med få klare og solrige dage;
• holdbarhed ved overholdelse af grundlæggende driftsregler;
• tilgængelighed for reparation og mulighed for at udskifte ikke hele systemet, men kun en enkelt defekt komponent.

Til ulemperne hører solfangernes manglende evne til selvrensning fra rim, is, sne og den høje pris på komponentdele, der er nødvendige for at samle enheden derhjemme.

Solfangeren er en effektiv enhed, der næsten uden tab kan omdanne solenergi til termisk energi

Samling af aggregatet med egne hænder

Samlingsprocessen for vakuumsolfangeren begynder med fremstilling af en ramme-underlag til arbejdselementerne. Den monteres umiddelbart på det sted, der er afsat til enheden.

Rammens størrelse og dimensioner afhænger helt og fuldt af den model, man planlægger at lave, og er normalt specificeret i vejledningen, der følger med dokumentationen til komponenterne.

Den færdige ramme til solfangeren fastgøres på taget, så den indtager en præcis position og ikke vipper. Hvis bygningens tag er skifer, bruges lægtebrædder og grove tykke skruer. Til andre tagmaterialer anvendes almindelige ankre.

Berøringsfladerne mellem rammen og tagoverfladen forsegles yderligere med fugemasse for at forhindre, at vand senere trænger ind gennem hullerne. Derefter bringes en lagertank til monteringsstedet og fastgøres med skruer på den øverste del af rammen.

På næste trin samles varmelegeme, temperatursensor og automatisk luftudløber. Alle hjælpeenheder og tilhørende dele placeres på de medfølgende bløde pakninger. Til fastgørelse af temperatursensoren anvendes en topnøgle.

Derefter etableres vandforsyningens tilslutning. Til dette formål anvendes rør af et hvilket som helst materiale, der er modstandsdygtigt over for lave temperaturer og kan tåle op til 95°C. Polypropylenrør og fittings har vist sig at være gode.

Polypropylenrør er ideelle til at forbinde solfangeren med boligens vandforsyningssystem. Armaturen har gode fysiske egenskaber og driftsmæssig holdbarhed, fungerer pålideligt i mange år og kan let udskiftes, hvis der opstår revner eller brud.

Efter tilslutning af vandforsyningen fyldes lagertanken med vand og testes for tæthed. Hvis der inden for 3-4 timer opdages lækager et sted, udbedres de.

Til sidst monteres varmeelementerne. Til dette formål indpakkes kobberrøret i aluminiumsfolie og placeres i et vakuumglasrør. Nederst på kolben sættes en fastgøringskop og en støvmanchet af stærkt, fleksibelt gummi.

Kobberrørets øvre spids skubbes helt ind i messingkondensatoren. Den klæbrige termokontaktsmøring på rørene fjernes ikke. Fastgørelsesmekanismen klikkes på plads på beslaget, og efter samme princip monteres alle de resterende glasrør.

Rørformede solfangere kræver regelmæssig vedligeholdelse og obligatorisk rengøring, især i perioder med kraftigt snefald. Hvis disse enkle regler overholdes, vil de fungere længe og bevare et højt effektivitetsniveau gennem hele driftslevetiden.

På konstruktionen monteres en monteringsblok, der tilføres 220 volt strøm, og tre hjælpeblokke tilsluttes systemet – varmelegeme, luftudløser og temperaturføler.

Til sidst tilsluttes en controller, der er beregnet til korrekt styring af komplekset. I controllerens menu indtastes de ønskede driftsparametre, og systemet startes i standardtilstand.

Trin-for-trin-vejledning til opførelse af en solfanger findes i denne artikel.

Hvordan placerer man apparatet korrekt?

For at vakuumfangeren kan fungere optimalt og effektivt forsyne boligen med den nødvendige energi, skal man finde det mest fordelagtige sted og orientere apparatet korrekt i forhold til verdenshjørnerne.

Vakuumsolfangere er langt mere praktiske end deres flade modstykker. Hvis et af arbejdsrørene bliver beskadiget og svigter, kan det meget nemt udskiftes med et nyt. Herefter fortsætter systemet med at fungere som før. Hvis det ikke er muligt straks at erstatte det defekte element, er det ikke noget problem. Selvom enheden har et modul med et beskadiget element, kan den stadig udføre sine funktioner.

For bebyggelser på den nordlige halvkugle er det relevant at placere fangeren på den sydlige del af husets tag eller på den solrige side af grunden. Det er ønskeligt at sikre minimal afvigelse for apparatets plan.

Hvis det ikke er muligt at orientere overfladen mod syd, bør man vælge den mest lyse vinkel mod vest eller øst på et åbent område.

Den høje arbejdseffektivitet for en vakuumkollektor skyldes også, at den fungerer efter spejlprincippet og justerer sin termiske effekt i forhold til solens aktuelle højde.

Solenergisystemet må ikke blokeres af skorstene, dekorative tagbeklædningsdele, udspredte trægrene eller høje beboelses- eller tekniske bygninger. Dette vil reducere effektiviteten og mindske opvarmningsniveauet for de aktive elementer.

Hvis anlægget er korrekt placeret, vil det give næsten den samme varmeafgivelse året rundt, uafhængigt af årstiden.

Hvis man ikke har stor erfaring med komplicerede reparations-, montage- og smedearbejder, er det ikke hensigtsmæssigt at forsøge at evakuere rør derhjemme. Denne proces er meget arbejdskrævende og kræver specialviden og specialiseret udstyr.

Derudover har hjemmelavede vakuumelementer en meget lavere virkningsgrad end fabriksfremstillede dele. Derfor er det mest fornuftigt at købe produkter fra en professionel producent og derefter forsøge at samle et par sektioner derhjemme.

På hjemmesiden er der en samling artikler om opbygning af et solvarmesystem, vi anbefaler at læse dem:

1. Solopvarmningssystemer: gennemgang af teknologier til installation af opvarmning baseret på solsystemer
2. Opvarmning af privat hus med solceller: diagrammer og konstruktion
3. Fleksible solpaneler: typer, egenskaber + tilslutningsfunktioner

Konklusioner og nyttig video om emnet

En detaljeret beskrivelse af et vakuumrør, dets arbejdsprincip og funktionerne for en solvarmekollektor som helhed. Forfatteren fortæller om nogle interessante detaljer og viser, at anlægget kan blive et reelt alternativ til en gaskedel.

Interessant information om driften af en solvarmekollektor om vinteren.

Sådan monterer du korrekt en vakuum-solvarmekollektor selv derhjemme. Alle detaljer i processen, anbefalinger og nyttige tips.

Hvis man kender det grundlæggende arbejdsprincip for en rørformet vakuum-solvarmekollektor, kan man samle anlægget selv. Installationen vil være fuldstændig tilpasset personlige individuelle krav og behov.

Det er ikke en alt for vanskelig opgave, men det kræver øget opmærksomhed, omhyggelighed og visse færdigheder, ellers øges risikoen for at beskadige kolbens integritet og bryde dens tæthed betydeligt.

Alle, der er interesserede i valg, installation eller selvsamling af en solvarmekollektor, opfordres til at efterlade kommentarer og stille spørgsmål. Kontaktformularen findes i nederste blok.