Виды коллекторов для отопления: Коллекторы систем отопления: предназначение и типы оборудования

Коллекторы систем отопления: предназначение и типы оборудования

Главная » Системы отопления » Материал для системы отопления » Коллектор системы отопления: виды и особенности

Технологии в системах обогрева помещений развиваются постоянно. Владельцы домов в зависимости от собственных потребностей стараются спроектировать отопительную конструкцию таким образом, чтобы можно было регулировать подачу тепла. Коллектор системы отопления позволяет добиться нужного регулирования подачи теплоносителя из главной магистрали, оптимизируя его под конкретное помещение. Оборудование позволяет добиться не только комфортных условий, но и значительно сэкономить денежные средства, потребляя меньшее количество энергии.

[contents]

Содержание

1. Назначение коллектора системы отопления
2. Виды и особенности конструкции системы отопления
3. Солнечный коллектор
4. Гидроколлектор
5. Распределительный коллектор
6. Особенности монтажа коллекторов

Назначение коллектора системы отопления

 

Коллектор системы радиаторного отопления (в просторечии его сокращенно называют гребенкой – по типу конструкции оборудования) представляет собой прибор из металла, обустроенный по типу гребенки. Прибор имеет несколько выходов, чтобы к нему можно было подключить различные отопительные конструкции. Коллектор подбирается индивидуально после консультации со специалистами в зависимости от проекта жилого дома и от потребностей владельцев.

Гребенка выполняет следующие функции:

• контролирует уровень давления в отопительной системе;
• позволяет регулировать объем воды, подаваемой на радиаторы;
• помогает контролировать температурный режим теплоносителя.

Преимуществом использования коллектора является возможность подсоединения к нему не только водных отопительных систем, но и конструкцию теплого пола, системы конвекторного или панельного отопления и даже солнечные батареи.

С помощью данного прибора можно достичь оптимального микроклимата в каждой отдельной комнате. Оборудование состоит из подающего и возвратного блоков. Подающая система обеспечивает батареи теплоносителем необходимой температуры, а возвратная регулирует уровень давления.

Виды и особенности конструкции системы отопления

Существуют различные коллекторы в системе отопления дома. Они отличаются по конструкции друг от друга, хотя и призваны выполнять схожие функции. Стоит подробнее остановиться на каждом виде приборов.

Солнечный коллектор

В России это оборудование встречается достаточно редко, поскольку его использование нерентабельно. Этот коллектор направляет тепловую энергию солнца в дома владельцев. Однако в южных регионах РФ прибор используется в летний период для нагрева воды в районах, где отсутствует газоснабжение.

Немного о конструкции прибора:

1. Коллектор представляет собой совокупность вакуумных полостей-труб, внутри которых располагаются регистры.
2. Контур оборудования замкнут, он заполнен специальным агентом в жидкой форме.
3. При воздействии солнечных лучей жидкость нагревается и начинает испаряться, тем самым воздействуя на теплообменник, который отдает свою энергию теплоносителю.
4. Жидкость со временем конденсируется и оседает, и цикл нагрева-охлаждения повторяется вновь.

Таким образом, можно не задействовать котел отопления для подачи горячей воды – солнечный коллектор решает эту проблему.

Гидроколлектор

Этот вид оборудования используется в сложных системах обогрева, где требуется подключение нескольких видов оборудования. Гидроколлектор подключается к котлу отопления с одной стороны, а противоположная сторона распределяет тепловые потоки к домашним радиаторам, поддерживает систему теплых полов, может служить для нагрева воды, тем самым обеспечивая горячее водоснабжение и даже способен поддерживать нужный уровень тепла в бассейне при его наличии.

Чтобы прибор работал максимально эффективно, желательно снабдить каждый отопительный контур отдельным насосом. Само оборудование представляет собой крупную трубу, которую устанавливают в вертикальном положении из-за его габаритов.

Гидроколлектор позволяет регулировать внутренний микроклимат отдельно в каждом помещении, а распределительная функция тепловых потоков и уровня давления позволяют снизить нагрузку работы отопительного котла.

Конструкция гидроколлектора, изготовленного в заводских условиях, представляет собой полость с металлическими пластинами внутри, разделителями, а также пылесборника и канала воздухоудаления. К нему подключается датчик температуры, сверху стоит шаровой кран, а снизу имеется кран для слива со штуцером.

Распределительный коллектор

Наиболее популярный тип оборудования, используемый в конструкциях обогрева. Состоит из двух параллельных полостей, одна из которых служит для подачи тепла, а другая – возвратная – регулирует давление. Полости коллектора изготавливаются из латуни, меди, стали или полимеров. К распределительному прибору можно подключить от 2 до 12 отдельных блоков отопления.

В конструкции прибора возможны модификации и установка дополнительного оборудования:

• детектор регулирования уровня давления в отдельных комнатах;
• терморегуляторная установка;
• специальные клапаны для спуска воздуха;
• автоматизированные системы, способные блокировать работу отопительного котла в случае возникновения аварийного случая;
• электронные клапаны;
• специально запрограммированные смесители.

Функции распределительного оборудования аналогичны функциям гидроколлетора — создание оптимального микроклимата в помещении, смешивая тепловые потоки и задавая отдельные температуры для каждого локального участка пространства.

Особенности монтажа коллекторов

Коллектор – дорогое оборудование, и перед его установкой должны быть произведены подготовительные процедуры. Если отопительная система еще только-только закладывается, но наличие коллектора уже предусмотрено, то его необходимо монтировать отдельно на каждом этаже в специально оборудованной для него нише.

В квартирах распределительный прибор устанавливается в гардеробных или кладовых, поскольку он обладает приличными габаритами. Но следует помнить, что помещение, где монтируется оборудование, не должно быть слишком сырым. Процент влажности должен быть в пределах нормы.

Далее теплообменник для придания эстетики заключают в металлический короб, который закрепляется на стене благодаря хомутам.

принцип работы, правила установки и подключения

Одним из действенных вариантов модернизации системы отопления, позволяющих сделать ее более производительной и надежной, является установка коллекторного блока. Устройство, пришедшее на смену традиционным конструкциям линейной структуры, призвано повышать удобство эксплуатирования и ремонтопригодность системы.

Как функционирует коллектор для отопления и какие особенности монтажа следует учитывать, рассмотрим подробнее.

Содержание статьи:

• Принцип функционирования распределителя
• Типы коллекторов в системах отопления
  • Тип #1 — радиаторное коллекторное отопление
  • Тип #2 — гидравлическая стрелка
  • Тип #3 — солнечные коллекторные установки
• Модификации распределительных гребенок
• Рекомендации грамотного выбора
• Правила установки и подключения
• Выводы и полезное видео по теме

Принцип функционирования распределителя

Основное предназначение – равномерно раздавать тепловые потоки, поступающие из основной магистрали, по контурам системы и за счет циркуляционного оборота возвращать остывшую жидкость к котлу.

При этом отдельные ветки системы, подключенные к коллектору, становятся независимыми друг от друга.

Прибор являет собой промежуточный распределительный узел, ключевыми элементами которого выступают две взаимосвязанные части:

• подающая гребенка – отвечает за подачу теплоносителя;
• обратная – выполняет функцию отвода остывшего теплоносителя к генератору тепла.

Вместе они образуют коллекторную группу. От каждой гребенки отходит по несколько выводов для подключения контуров, ведущим к отопительным приборам.

Галерея изображений

Фото из

Коллектор в системе отопления

Коллектор заводского исполнения

Распределительная гребенка из ПП труб

Коллекторная разводка в доме

Составляющие коллекторного узла

Комбинация коллектора с двухтрубной схемой

Техническое оснащение лучевых схем

Дешламаторы и шаровые краны

Каждый вывод устройства может быть оснащен выпускными вентилями и отсекающим либо регулировочным краном.

Их наличие дает возможность регулировать давление внутри каждого контура и в случае надобности отсоединения ветки для ремонта, например, перекрывать поток теплоносителя.

Чтобы повысить производительность системы и получить возможность контролировать все отопительные процессы в каждой комнате обогреваемого дома, корпус задействуют также в качестве платформы под установку:

• воздуховыпускных клапанов;
• водосливных клапанов;
• расходомеров;
• счетчиков тепла.

Принцип работы коллекторной системы довольно прост. Разогретая теплогенератором жидкость поступает в подающую гребенку.

Внутри промежуточного сборного узла скорость движения жидкости замедляется благодаря увеличенному внутреннему диаметру устройства, она перераспределяется между всеми отводами.

Количество выводов на распределителе может быть любым, а в случае надобности конструкцию всегда можно нарастить дополнительными отводами

Зная расход теплоносителя, равный мощности теплогенератора, и скорость движения воды, несложно найти необходимую площадь сечения. Только предварительно следует перевести литры в удобную для расчетов единицу мм³.

Через соединительные патрубки, сечение которых меньше диаметра трубы коллекторного узла, теплоноситель поступает в отдельно проложенные контуры и двигается к радиаторам или к .

Благодаря такому распределению должным образом прогревается каждый элемент, снабжаемый теплоносителем равной температуры.

Внутренний диаметр коллектора определяется расчетным путем так, чтобы скорость передвижения теплоносителя внутри него была не больше 0,7 м/с

Достигнув батареи и отдав полученное при нагреве тепло, жидкость направляется по другой трубе в противоположном направлении к распределительному блоку. Там она поступает на обратную гребенку, откуда перенаправляется к теплогенератору.

Для загородного коттеджа  по праву считается самой эффективной и надежной.

Единственное, что может останавливать рачительного хозяина– стоимость. Ведь обустройство такой системы обойдется дороже, чем устройство обычной системы тройникового типа.

Такое конструктивное решение, предполагающее обустройство отдельных подающих труб, создает условия для равномерного разогрева радиаторов

Типы коллекторов в системах отопления

Коллекторные установки, применяемые при проектировании закрытых циркуляционных отопительных систем, бывают трех разновидностей.

В зависимости от назначения конструкции на рынке представлены: радиаторные и солнечные системы, а также устройства, оснащенные гидрострелкой.

Тип #1 — радиаторное коллекторное отопление

Какой бы тип отопления не был запроектирован в доме, радиаторы в нем присутствуют всегда. А потому коллекторы, распределяющие потоки теплоносителя непосредственно к установленным в комнатах батареям, являются самым востребованным типом.

Распределительный узел состоит из двух взаимосвязанных гребенок: первая направляет теплоноситель к установленным в комнатах приборам, вторая – отводит его обратно к котлу

Коллекторы, применяемые при радиаторном отоплении, в зависимости от архитектурных и интерьерных особенностей помещения можно подключать различными способами.

По способу подключения радиаторная система отопления может быть выполнена в любом из перечисленных ниже вариантах исполнения:

• верхнее подключение;
• нижнее присоединение;
• установка сбоку;
• ведение по диагонали.

Наибольшее распространение получил все же нижний способ соединения. При такой разводке контуры, скрытые под поверхностью плинтуса или пола, не так бросаются в глаза.

Да и расчеты подтверждают, что при нижнем присоединении все преимущества частного отопления проявляются в полной мере.

Коллектором для радиаторов оснащают каждый этаж дома. Устанавливают его в центре, маскируя устройство в нише или в устроенном специально для него шкафчике на стене.

Место для установки должно быть выбрано так, чтобы по возможности ко всем приборам подводились ветки равной длины.

Если невозможно достичь равенства подключенных к коллектору колец, то каждый отвод снабжается собственным циркуляционным насосом.

По сути, все подключенные к распределительному узлу ветки представляют собой самостоятельный контур с собственной запорной арматурой, а иногда и автоматикой.

Ярким примером коллекторной схемы отопления являются .

Коллекторная схема разводки обеспечивает равномерную поставку тепла во все кольца системы водяных «Теплых полов»

Трубопроводы теплых полов собирают из медных труб или их пластиковых аналогов, для соединений используют неразъемные фитинги.

В отопительные кольца монтируют вентили, с помощью которых регулируют подачу теплоносителя, а в случае необходимости отключают «теплые полы» от общедомовой отопительной сети.

Коллектор для «теплого пола» представляет собой конструкцию, включающую ряд трубных колец, которая прокладывается под напольным покрытием

Такие системы всегда оснащают . Его располагают в промежуточный коллекторный узел на входе в трубу обратного направления.

Число патрубков на распределительном узле зависит от количества помещений, зацикленных на одной гребенке.

Количество коллекторных групп определяют, ориентируясь на длину контуров. За основу расчетов берут соотношение, при котором на одну коллекторную группу отводится 120 метров трубопровода.

Тип #2 — гидравлическая стрелка

При обустройстве мощных и разветвленных систем отопления, которые проектируют в жилых постройках большой площадью, применяют распределительные коллекторы, оборудованные термогидравлическим распределителем или гидрострелкой.

При монтаже связующего звена с одной стороны к нему подключают контур отопительного котла, а с другой – радиаторное отопление или «теплые полы».

Гидравлическая стрелка представляет собой вертикальная полая труба, оснащенная по торцам эллиптическими заглушками, основное предназначение которой – выравнивать оказываемое на теплоноситель давление

Наличие распределительной гидравлической стрелки позволяет решить сразу несколько задач:

• избежать резких перепадов температуры в трубах, губительно сказывающихся на эксплуатационном сроке системы;
• за счет подмеса и вторичной циркуляции части теплоносителя сохранить постоянный объем котловой воды, а также сэкономить топливо и электроэнергию;
• в случае необходимости компенсировать во второстепенном контуре дефицит расхода.

Поддержание температурного баланса достигается за счет того, что устройство позволяет отделить гидравлический контур котла от вторичной цепи.

Вариант изготовления самодельного коллекторного распределителя, оснащенного гидрострелкой, которая изготовлена из стальной квадратной трубы и оборудована штуцерами

Оптимальную работу системы, оснащенной гидрострелкой, можно обеспечить при условии, если каждый контур оборудован собственным циркуляционным насосом.

Тип #3 — солнечные коллекторные установки

Устройства этого типа выбирают при обустройстве автономного водопровода в негазифицированных областях, где уровень солнечного излучения достаточно высок.

Воздушные гребенки, функционирующие на солнечной энергии, работают за счет парникового эффекта, преобразовывая солнечный свет в тепловую энергию

Конструкция солнечных установок немного отличается от традиционных аналогов. По сути, они представляют собой своего рода теплицы, накапливающие солнечную энергии.

Естественная циркуляция теплоносителя в них осуществляется за счет конвекционных потоков и под действием присоединенных к поглощающей пластине вентиляторов.

Распределитель, поглощающий солнечные лучи, представляет собой небольшой плоский ящик, покрытый черной адсорбирующей пластиной. Эта тепловоспринимающая пластина и аккумулирует тепло.

Накопленное тепло передается теплоносителю, в роли которого может выступать циркулирующий по трубам воздух или жидкость.

Основное предназначение солнечного коллектора – направлять и перераспределять энергию Светила на бытовые потребности и нужды

В продаже можно встретить подвижные коллекторные системы, работающие на солнечной энергии. Их конструкция устроена так, что зеркала и нагревательные элементы «следят» за передвижением солнца, благодаря чему его энергию поглощают по максимуму.

Но из-за высокой стоимости оборудования в качестве основного источника обогрева в условиях климата даже южных регионов нашей страны невыгодно.

А потому их больше задействуют в качестве дополнительного источника тепла при обустройстве систем отопления с исполльзованием твердотопливных и газовых котлов.

Модификации распределительных гребенок

Сегодня на рынке оборудования представлено множество разновидностей коллекторов для отопительных систем.

Производители предлагают как связующие звенья самого простого исполнения, конструкция которых не предусматривает наличие вспомогательной арматуры для регулирования оборудования, так и коллекторные блоки с полным комплектом вмонтированных элементов.

Коллекторный блок, включающий все необходимые функциональные элементы для создания условий бесперебойной и высокопроизводительной работы отопительной системы

Простые в исполнении устройства являют собой латунные модели с дюймовым проходом ответвлений, оснащенных двумя соединительными отверстиями по бокам.

На обратном коллекторе такие устройства имеют заглушки, вместо которых в случае «наращивания» системы всегда можно установить дополнительные приборы.

Более сложные в конструктивном решении промежуточные сборные узлы оснащены шаровыми кранами. Под каждый отвод в них предусмотрена установка запорной регулировочной арматуры. Навороченные дорогостоящие модели могут быть оснащены:

• расходомерами, основное предназначение которых – регулировать поток теплоносителя в каждой петле;
• термодатчиками, призванными контролировать температуру каждого отопительного прибора;
• воздуховыпускными клапанами автоматического типа для слива воды;
• электронными клапанами и смесителями, направленными на поддержание запрограммированной температуры.

Количество контуров в зависимости от подсоединяемых потребителей может варьироваться в пределах от 2 до 10 штук.

Независимо от сложности и многофункциональности оборудования при изготовлении гребенок коллекторных блоков используют материалы, устойчивые к внешним факторам

Если за основу брать материал изготовления, то промежуточные сборные коллекторы бывают:

1. Латунные – отличаются высокими эксплуатационными параметрами при доступной цене.
2. Нержавеющие – стальные конструкции чрезвычайно долговечны. Они могут с легкостью выдерживать большое давление.
3. Полипропиленовые – модели из полимерных материалов, хоть и отличаются невысокой ценой, но по всем характеристикам уступают металлическим «собратьям».

Модели, выполненные из металла, для продления срока службы и повышения эксплуатационных параметров обрабатывают антикоррозионными составами и покрывают теплоизоляцией.

Разделительные конструкции, выполненные из полимеров, применяют при обустройстве систем, отапливаемых котлами мощностью от 13 до 35 кВт

Детали устройства могут быть литого исполнения либо же оснащены цанговыми зажимами, позволяющих осуществлять соединение с металлопластиковыми трубами.

Но специалисты не советуют выбирать гребенки с цанговыми зажимами, поскольку те часто «грешат» подтеканием теплоносителя в местах соединения вентиля. Это возникает вследствие быстрого выхода из строя уплотнителя. И заменить его не всегда представляется возможным.

Коллекторы используются в схемах одно- и двухтрубного отопления. В однотрубных системах одна гребенка поставляет нагретый теплоноситель и принимает остывший

Рекомендации грамотного выбора

Основная сложность заключается не только в самом монтаже коллектора, но и в правильном выборе оборудования.

При выборе модели гребенки следует ориентироваться на такие параметры:

1. Предельно допустимое давление для этой модели. Оно определяет тип материала, из которого может выполнен гидрораспределитель.
2. Пропускная способность узла.
3. Наличие вспомогательных устройств.
4. Количество выходных патрубков гребенки. Оно должно соответствовать количеству контуров охлаждения.
5. Возможность дополнительного присоединения элементов.

Все эксплуатационные параметры указываются в паспорте к изделию.

Для обустройства поэтажных независимых обогревательных контуров, оснащенных автономным управлением, гребенки необходимо монтировать на каждом этаже дома.

При выборе и установке поэтажных распределителей ориентируются на параметры «подсистемы», которую они призваны обслуживать.

Благодаря поэтажному размещению гребенок в случае надобности всегда можно отключать отопление как нескольких отдельных приборов, так и всего этажа

Это значительно упрощает обслуживание отопительной системы и ее ремонт.

Поскольку коллекторный блок – недешевое удовольствие, чтобы обезопасить себя от разочарований при быстром выходе системы из строе при выборе модели стоит ориентироваться на продукцию проверенных производителей.

Смело можно доверять таким производителям, как «GREENoneTEC», «Rehau», «Soletrol», «Oventrop» и «Meibes». В каждой серии ведущих европейских производителей можно подобрать полный комплект необходимого дополнительного оборудования.

Вспомогательные элементы и арматура к коллекторному блоку также должна соответствовать ГОСТу и ТУ.

В качестве дополнительных устройств для подключения коллектора могут понадобиться: 1 — автоматический воздухоотводчик, 2 – переходник, 3 – уголок, 4 – кран, 5 –сгон, 6 – еще уголок, 7 – выводы труб

Каждый из дополнительных элементов конструкции выполняет свою функцию:

• автоматический воздухоотводчик – монтируется, если блок и радиаторы расположены на одном этаже;
• переходник – потребуется при монтаже воздухоотводчика, диаметр которого равен ½ дюйма, при условии что резьба коллектора составляет ¾ дюйма.
• уголок – позволит подсоединить трубы и направить воздухоотводчик вверх.
• кран – необходим для подключения к устройству идущей от котла трубы;
• сгон, оборудованный накидкой гайкой – позволит в случае необходимости перекрыть подачу теплоносителя и, открутив накидную гайку, отсоединить устройство.

Если предполагается подключать , дополнительно потребуется установить кран для подпитки.

Для фиксации коллектора к стене потребуются также хомуты, «посаженные» на пластиковые дюбеля. При монтаже конструкции допустимо также применять специальные кронштейны.

Такие конструкции удобны тем, что верхний коллектор в них выдвинут вперед, благодаря чему трубы узла не мешают подводу трубопровода к нижнему коллектору.

Правила установки и подключения

Выбирать и устанавливать коллектор лучше всего еще на этапе проектирования и монтажа отопительной системы.

Устанавливают такие промежуточные конструкции в помещениях, защищенных от избыточной влажности. Чаще всего для этих целей отводят место в коридоре, кладовой или гардеробной.

Коллекторный блок желательно размещать в специально предназначенном для этого металлическом шкафу, оснащенным в боковых стенках отверстиями под выведение труб

В продаже встречаются накладные и встраиваемые модели металлических шкафов. Каждая модель оснащена дверцей и выштамповкой по боковым сторонам.

За неимением возможности установить металлический шкафчик, поступают проще, фиксируя устройство прямо на стену. Нишу под обустройство коллекторного блока размещают на небольшой высоте относительно пола.

Общепринятой инструкции по монтажу коллекторных распределительных схем по сути нет. Но есть ряд основных моментов, относительно которых специалисты пришли к единому знаменателю:

1. Наличие расширительного бака. Объем конструктивного элемента должен составлять не менее 10% от общего количества воды в системе.
2. Наличие циркуляционного насоса для каждого проложенного контура. Относительно этого элемента не все специалисты едины во мнении. Но все же, если планируется задействовать несколько независимых контуров, для каждого из них стоит установить отдельный агрегат.

Перед циркуляционным насосом на магистрали обратной подачи размещают . Благодаря этому он становится менее уязвимым к турбулентности потоков воды, часто возникающих в этом месте.

Если же используется гидрострелка – бак монтируют перед основным насосом, основная задача которого состоит в том, чтобы обеспечивать циркуляцию на малом контуре.

Место расположения циркуляционного насоса не принципиально. Но, как показывает практика, ресурс устройства несколько выше именно на «обратке».

Главное при монтаже – расположить вал строго горизонтально. При несоблюдении этого условия первый же пузырь скопившегося воздуха оставит агрегат без охлаждения и смазки.

Сам процесс сборки и подключения коллекторной системы наглядно представлен в видео-блоке.

Выводы и полезное видео по теме

Видео-руководство по последовательной сборке коллекторного блока:

Видео-обзор установки и работы модульного пластикового коллектора:

Распределительный узел для «теплого пола»:

Грамотно выбранная и смонтированная коллекторная разводка гарантирует эффективность и надежность системы отопления.

Благодаря малому количеству соединений и тройников вероятность протечек таких конструкций сводится к минимуму. Ну а возможность регулировать температуру нагрева каждого отопительного радиатора делает эксплуатацию отопительной системой особенно комфортной.

Если обладаете необходимыми знаниями или есть опыт подключения коллекторной системы отопления, пожалуйста, поделитесь им с нашими читателями. Сделать это можно оставив комментарий внизу статьи.

Типы солнечных коллекторов тепловой энергии

На рис. 3.11 показаны четыре различных типа солнечных коллекторов горячей воды. Тип коллектора, выбираемого для конкретного применения, зависит главным образом от требуемой рабочей температуры и заданного диапазона температур окружающей среды. Благодаря конструкции и простоте конструкции каждый тип имеет максимальную температуру, для обеспечения которой он лучше всего подходит:

• Неглазурованный коллектор EPDM* – ниже 90 °F (32 °C)
• Плоская пластина – ниже 160 °F (71 °С)
• Вакуумная трубка – до 350 °F (177 °C)
• Параболический желоб – до 570 °F (299 °C).

Рисунок 3.11. Типы коллекторов солнечной тепловой энергии.

В армии основными потребностями в горячей воде являются подогрев воды для бытовых нужд, повторный нагрев для контроля влажности и отопление зданий. Для этих требований требуется источник горячей воды с температурой не менее 140 ° F (60 ° C). Это исключает из рассмотрения неглазурованный коллектор из EPDM. Возможности параболического желоба значительно превосходят эти требования и, таким образом, являются плохим выбором из-за его высокой стоимости. Таким образом, плоские пластины и вакуумные трубчатые коллекторы остаются подходящим выбором для армейских применений. Оба типа коллекторов будут хорошим выбором для большинства армейских установок, но на выбор могут повлиять несколько факторов:

• Стоимость (из RS Means Green Building Project Planning and Cost Assessment, 3-е изд.) —
  
  • Плоская плита — ~17 долл. США/кв. фут = ~129 евро/м2
  • Вакуумная труба — ~24 долл. США/кв. фут = ~ 182 €/м2
• Защита от замерзания
  
  • Плоская пластина – используйте незамерзающую жидкость (раствор гликоля)
  • Вакуумная трубка – некоторые из них хорошо изолированы, поэтому они могут использовать воду в качестве коллекторной жидкости со стратегией циркуляции теплой воды в коллектор из резервуара-накопителя, если жидкость коллектора становится слишком холодной.
• Проблемы застоя. Застой возникает, когда поток через коллектор останавливается, и солнечная энергия нагревает жидкость коллектора до чрезвычайно высоких температур, вызывая закипание жидкости коллектора. При какой температуре происходит это кипение, зависит от жидкости и рабочего давления в системе. Это кипение вытолкнет часть жидкости коллектора из труб в коллекторе и может затруднить дальнейшую работу коллектора. Раздел 3.4 (стр. 32) обсуждает эту тему более подробно.

Неглазурованные плоские коллекторы

Неглазурованные плоские коллекторы (рис. 3.12) обычно представляют собой пластмассовые коллекторы, которые выкатываются на крышу и обычно используются для низкотемпературного обогрева таких объектов, как плавательные бассейны или предварительного нагрева горячей воды для бытовых нужд. . Благодаря отсутствию стеклянного покрытия они не имеют оптических потерь и, следовательно, наиболее подходят для применения при низких температурах, так как тепловые потери увеличиваются при более высоких температурах по сравнению с другими типами коллекторов. Производители используют пластиковые материалы, которые снижают затраты на производство и установку. Обширные испытания и анализ подтвердили, что технология соответствует требованиям надежности или превосходит их. Как правило, они дешевле, но менее эффективны, чем стандартные солнечные водонагревательные коллекторы, используемые в любое время года.

Рисунок 3.1 2. Неглазурованный солнечный коллектор в виде мата производства FAFCO, установленный на крыше в Калифорнии.

Плоская остекленная пластина

Плоские коллекторы (FPC) представляют собой изолированные коробки с плоским темным пластинчатым поглотителем, закрытым прозрачной крышкой (Рис. 3.13). Солнечная энергия нагревает поглотитель, и тепло отводится теплоносителем, который течет по стоякам, соединенным с поглотителем. Подъемные трубы прикреплены к абсорберу параллельно или изгибаются с одной стороны на другую.

Крышка (обычно лист стекла) удерживается на месте рамой над поглотителем. Рама также герметизирует коллектор по бокам и сзади. Она должна обеспечивать механическую прочность и водонепроницаемость, а также должна быть спроектирована таким образом, чтобы можно было легко прикрепить ее к крыше и фасаду или даже интегрировать в эти элементы здания. Задняя и боковые стороны коллектора изолированы. Плоские коллекторы обычно устанавливаются в стационарных системах, т. е. они не вращаются вслед за движением солнца. Преимуществами плоских коллекторов являются их простая, надежная, не требующая особого ухода конструкция, а также большая и эффективная площадь апертуры.

Плоские коллекторы чаще всего используются для коммерческих или жилых систем горячего водоснабжения. Эти коллекторы обычно повышают температуру воды до 160 ° F (71 ° C). Специальные покрытия на поглотителе максимизируют поглощение солнечного света и минимизируют повторное излучение тепла. Эти коллекторы склонны к замерзанию, и в климатических условиях, где это может произойти, в качестве коллекторной жидкости (теплоносителя) используется смесь, состоящая примерно из 60% воды и 40% полипропиленгликоля.

Рекомендации по проектированию

Плоские коллекторы, аналогичные сегодняшней конструкции, производятся уже более 30 лет, и накоплен опыт в выборе подходящих материалов для обеспечения наилучших характеристик и длительного срока службы. Корпус обычно изготавливается из алюминия. Пластина абсорбера изготовлена ​​из меди или алюминия; сталь используется редко. Для максимального поглощения солнечной энергии пластина поглотителя обычно покрывается черным хромом, который является селективным покрытием, обеспечивающим хорошее поглощение и слабое отражение солнечного излучения.

Медь обычно используется в качестве проточного канала (трубки), по которому течет жидкий теплоноситель. Он должен быть хорошо приклеен к пластине поглотителя для хорошей теплопередачи. Трубы обычно располагаются параллельными рядами (как показано на рис. 3.13), где поток выпускается в коллектор в верхней части коллектора и собирается в нижней части.

Рисунок 3.13. Плоский коллектор с селективным покрытием на абсорбере. Параллельные линии показывают, где трубы стояка соединяются с поглотителем с помощью ультразвуковой сварки.

Другое устройство трубок предназначено для потока, извивающегося по поверхности поглотителя змеевидным движением вперед и назад. В этом случае объем теплоносителя больше времени проводит на поверхности коллектора и происходит большее повышение температуры. Для обеспечения надлежащей теплопередачи от поглотителя к коллекторной жидкости расстояние между участками трубок не должно быть слишком большим, и обычно расстояние между трубами составляет от 4 до 5 дюймов (от 102 до 127 мм). Во всех случаях трубки в коллекторе должны располагаться так, чтобы жидкость могла полностью стекать из коллектора под действием силы тяжести.

Корпус вокруг поглощающей пластины в основном предназначен для минимизации потерь тепла в окружающую среду и обеспечения герметичности корпуса для предотвращения коррозии и других видов износа. За поглощающей пластиной в качестве изоляционного материала можно использовать каменную или стекловату или изоляционную пену. Обычно используется изоляционный материал толщиной от 1-1/2 до 3 дюймов (от 38 до 76 мм). Изоляционный материал должен обладать термической стабильностью, чтобы выдерживать высокие температуры, возникающие во время застоя коллектора. Над поглощающей пластиной расположена стеклянная крышка, пропускающая солнечное излучение и ограничивающая потери тепла. Пластиковые крышки со временем портятся и не рекомендуются. Двойные стеклянные покрытия снижают прозрачность для солнечного излучения и поэтому обычно не используются. В качестве уплотнительных материалов следует использовать материалы типа EPDM или силиконовой резины в качестве уплотнения между корпусом и стеклянной крышкой; клеи должны быть на основе силикона, а отверстия для труб должны быть герметизированы продуктами на основе силикона.

Применение

Плоские коллекторы используются в основном для производства горячей воды для бытовых нужд и, в некоторых случаях, для отопления помещений. Стандартные плоские коллекторы обычно лучше всего обеспечивают горячую воду при температуре ниже 160 ° F (70 ° C). Существуют высокопроизводительные плоские коллекторы (с двойным антибликовым покрытием), которые хорошо обеспечивают горячую воду до 200 ° F (93 ° C). Они редко используются из-за их высокой стоимости. Выше этой температуры эффективность значительно падает из-за более высокой разницы температур между коллекторной жидкостью и окружающим воздухом.

Тепловые потери можно уменьшить, избегая конвективных потерь, например, используя вакуумные трубчатые коллекторы. В следующем разделе обсуждается этот вариант.

Вакуумная трубка

Вакуумные трубчатые коллекторы (рис. 3.14) могут быть сконструированы для повышения температуры воды/пара до 350 °F (177 °C). Они могут иметь различные конфигурации, но обычно они заключают как поверхность поглотителя, так и трубки с теплоносителем в трубчатое стекло с вакуумным уплотнением для высокоэффективной изоляции. Вакуумные трубчатые коллекторы являются наиболее эффективным типом коллекторов для холодного климата с низким уровнем рассеянного солнечного света.

Рисунок 3.14. Вакуумно-трубчатый коллектор.

Существует три типа вакуумных трубчатых коллекторов: (1) прямоточные, (2) тепловые трубки и (3) сиднейские трубчатые коллекторы. В прямоточном типе теплоноситель течет по медным трубкам, прикрепленным к абсорбирующей пластине, установленной внутри вакуумной трубки. Тип тепловой трубки использует тепловую трубку, прикрепленную к пластине поглотителя. Тепловая труба передает энергию нагрева в конденсационную часть тепловой трубы, где нагревается коллекторная жидкость. Это происходит в коллекторе, где соединяются вакуумные трубки. Последний тип имеет вакуумированную трубку, называемую сиднейской трубкой (рис. 3.15), которая заключает в себе пластину теплопроводника (поглотитель) с трубками, несущими теплоноситель. Сиднейская трубка скользит по секции абсорбера и фиксируется в коллекторе, образуя герметичное уплотнение. Внутри сиднейской трубки пространство между внутренней и внешней стеклянными трубками вакуумировано. Селективное покрытие напыляется на внутреннюю стеклянную трубку снаружи. Теплопроводник/передающий лист расположен внутри внутренней стеклянной трубки, которая отводит тепло от стекла в U-образные трубки, несущие теплоноситель. Производительность коллектора сиднейского трубчатого типа может быть улучшена за счет использования составного параболического концентратора, расположенного за каждой трубкой. Это устройство будет отражать солнечное излучение, проходящее между каждой вакуумной трубкой, обратно на нижнюю часть цилиндрического поглотителя в коллекторных трубках. Существуют различные другие методы конструкции, такие как плоский или круглый поглотитель, а также стекло с одинарными или двойными стенками.

Все вакуумные трубчатые коллекторы имеют следующее общее:

• Коллектор состоит из нескольких вакуумированных стеклянных трубок, расположенных параллельно и соединенных изолированным коллектором на одном конце для подачи и отвода теплоносителя (рис. 3.16). .
• Благодаря вакуумной изоляции (давление < 10-2 Па) теплопотери на теплопроводность и конвекцию минимальны.
• Верхний конец трубок подсоединяется к «коллектору».
• Трубки круглой формы, чтобы выдерживать внешнее давление.

Рисунок 3.15. Основные элементы вакуумного трубчатого коллектора Сиднея. Концы трубок на чертеже обрезаны, чтобы показать внутреннюю трубку. Слева труба дополнительно оснащена опциональным рефлектором CPC (составной параболический концентрирующий). Рисунок 3.16. Солнечные коллекторы SunMaxx с вакуумными трубками на крыше коммерческого здания.

Особенности конструкции

Вакуумные трубчатые коллекторы имеют только изолированные трубы и коллектор, к которому подсоединяются вакуумированные. В трубках для жидкости коллектора используется медь, а в качестве селективного абсорбирующего покрытия обычно используется черный хром. Коллектор трубы изолирован и имеет защитную крышку.

Применение

Коллекторы этого типа используются, когда требуется более горячая вода, чем требуется для нагрева воды для бытовых нужд. Более горячая вода необходима для применений, в которых летом требуется охлаждение, а в некоторых случаях, когда отопление здания является серьезной потребностью. При охлаждении с использованием солнечной энергии используется абсорбционный или адсорбционный чиллер, для которого требуется температура горячей воды в диапазоне от 130 до 350 ° F (от 55 до 180 ° C).

Коллектор вакуумного трубчатого типа также может быть выбран в качестве альтернативы плоскому коллектору в районах, где в зимнее время случаются заморозки. В этом случае вода будет использоваться в качестве теплоносителя в коллекторе, а теплая вода будет закачиваться во внешние трубопроводы и коллектор при угрозе замерзания этих компонентов. Это потребовало бы небольшого количества нагретой воды из-за изолирующих свойств вакуумированных трубок. В результате удается избежать стоимости и худших характеристик теплопередачи водно-гликолевой смеси. Кроме того, более горячая вода может производиться в коллекторе, обеспечивая меньший поток теплоносителя, тем самым уменьшая размеры распределительных труб и резервуаров для хранения. Кроме того, можно отказаться от теплообменника между коллектором и накопительным баком, что снизит требуемую температуру на выходе из коллектора. В целом система вакуумного трубчатого коллектора может иметь общую стоимость, конкурентоспособную с системой плоского коллектора. Использование коллекторов вакуумного трубчатого типа устраняет большую часть проблем, связанных с застоем, связанным с незамерзающим теплоносителем.

Концентрирующие коллекторы

В этих коллекторах используются изогнутые зеркала для фокусировки солнечного света на приемную трубку (иногда заключенную в вакуумную трубу, называемую CPC или составные параболические коллекторы), проходящую через середину или фокальную точку желоба (рис. 3.17). Они могут нагревать свой теплоноситель до температуры до 570 ° F (299 ° C). Такие высокие температуры необходимы для промышленного использования и для производства пара в электроэнергетике. Поскольку они используют только прямой солнечный свет, системы с параболическими желобами требуют систем слежения, чтобы держать их сфокусированными на солнце, и лучше всего подходят для районов с высоким прямым солнечным излучением, таких как пустынные районы на юго-западе США. Эти коллекторные системы требуют больших площадей для установки, поэтому их обычно монтируют на земле. Они также особенно восприимчивы к передаче структурного напряжения от ветровой нагрузки, а установка на земле помогает выполнять структурные требования.

Коллекторы с параболическим желобом, как правило, требуют более тщательного обслуживания и контроля и особенно выгодны за счет эффекта масштаба, поэтому обычно используются для более крупных систем. Из-за их более высокой стоимости и больших потребностей в обслуживании этот тип коллектора не рекомендуется для нужд армии США в отоплении в их стандартных зданиях.

5 Различные типы солнечных тепловых коллекторов

5 Различные типы солнечных тепловых коллекторов

Фото: Александр Симонов / Adobe Stock

Особенности

• Солнечные тепловые коллекторы используют лучистое тепло для нагрева воздуха и воды в вашем доме.

• В большинстве домов используются неконцентрированные солнечные тепловые коллекторы, тогда как в промышленных условиях используются более мощные концентрированные коллекторы.

• Плоские тарелки и солнечные чаши собирают солнечные лучи, в то время как системы горячего водоснабжения и панели могут обогреть ваш дом, улавливая окружающий воздух.

Получите предложения от трех профессионалов!

Введите почтовый индекс ниже и найдите лучших профессионалов рядом с вами.

От нагревания горячей воды до отопления вашего дома, тепло составляет большую часть счетов за электроэнергию. Улавливая естественное солнечное тепло, домовладельцы могут использовать один или несколько различных типов солнечных тепловых коллекторов для преобразования солнечного излучения в энергию, питающую их дома.

Однако компоненты, используемые для достижения этой цели, могут различаться, как и детали, размер и форма устройства. Давайте разберем различные используемые солнечные тепловые системы, чтобы вы могли решить, что подходит для вашего дома.

Концентрирующие и неконцентрирующие солнечные тепловые коллекторы

Одно из различий, которое следует изучить в первую очередь в солнечных тепловых коллекторах, заключается в том, что они концентрируют солнечные тепловые коллекторы по сравнению с неконцентрирующими.

• Неконцентрирующие солнечные тепловые коллекторы используют один (или несколько) углов для поглощения солнечного излучения. Как правило, они устанавливаются в фиксированном положении, а это означает, что количество часов в день, в течение которых они могут собирать солнечный свет, ограничено.

• Концентрирующие тепловые коллекторы используют зеркала и датчики для оптимизации количества солнечного излучения, собираемого в течение дня, и, вообще говоря, намного мощнее.

В большинстве случаев в домах используются решения на основе неконцентрированной солнечной энергии. Промышленные и коммунальные установки чаще всего требуют концентрированных продуктов.

1. Плоские солнечные коллекторы

Характеризующиеся плоской собирающей пластиной с закрепленной на ней изолирующей крышкой, плоские солнечные коллекторы являются одними из самых старых конструкций и существуют уже более 75 лет.

По сути, плоская солнечная панель устанавливается на крыше и нагревается солнцем в течение нескольких часов, когда она находится на открытом воздухе, а затем преобразует эту энергию в тепло, которое используется для воды и воздуха в доме. Солнечные панели, подобные этой, обычно устанавливаются под южным углом вашего дома, чтобы обеспечить максимальное освещение.

В целом установка солнечных панелей имеет много преимуществ . Стоимость для установки солнечных панелей в вашем доме обычно составляет от 17 000 до 32 000 долларов , , хотя аренда солнечных панелей может помочь вам установить их по бюджету.

2. Термодинамические панели

Фото: manfredxy / iStock / Getty Images Plus / Getty Images

Новый продукт, термодинамические панели предлагают уникальное преимущество сбора тепла из двух источников: солнца и воздуха. Это означает, что в теплые пасмурные дни термодинамические панели все еще могут работать и собирать природную энергию для вашего дома. Это также может свести на нет необходимость удалять деревья для установки солнечных батарей для увеличения освещенности.

Из-за этого термодинамические панели часто классифицируются как один из различных типов солнечных панелей или как тепловые насосы, которые вы можете установить в своем доме и которые могут продаваться как таковые.

3. Солнечные коллекторы

Одним из самых доступных вариантов солнечного теплоснабжения является солнечный коллектор, который, закрепленный в фиксированном положении на вашей крыше, может помочь снизить затраты на установку солнечной панели .

Параболическая форма зеркала солнечной чаши помогает направлять солнечные лучи в одну концентрированную область чаши. Трубы, присоединенные к устройству, передают эти высокие концентрации тепла через жидкий раствор, который затем используется для обогрева вашего дома.

4. Системы горячего водоснабжения

Солнечные водонагреватели более разнообразны по размеру и форме. Фактически, некоторые из более новых моделей могут использовать в основном воду для обогрева вашего дома, но использовать любые другие типы солнечных тепловых коллекторов, упомянутых в этой статье. Как и термодинамические панели, они являются экономичным способом обогрева жилых помещений.

Независимо от того, установлены ли в вашем доме панели, чаши или плоская плита, они нагревают резервуар с водой (обычно вмещающий

от 40 до 80 галлонов ), который затем преобразуется в энергию,

Единственным недостатком, или, по крайней мере, следует учитывать, является то, что системы горячего водоснабжения почти всегда требуют (или настоятельно рекомендуют резервный механизм для пасмурных, прохладных дней).