Vakuumsolfångare: funktionsprincip + hur man monterar den själv

Stora summor läggs på varmvatten och uppvärmning av lokaler. Men det finns en alternativ energikälla – vakuumsolfångaren. Har du hört talas om den? Den minskar de ekonomiska kostnaderna för komfort avsevärt och ger maximal värmeeffekt med minimala värmeförluster.

Denna apparat kan köpas från tillverkare av hushållsutrustning eller byggas själv hemma. För att välja rätt modell behöver du sätta dig in i en hel del information. Vi hjälper dig att avgöra de viktigaste köpkriterierna.

I artikeln beskrivs funktionsprincipen och konstruktionen av en vakuumkollektor. Vi berättar om de konstruktionstekniska detaljerna hos olika modeller, går igenom för- och nackdelar med dessa anläggningar. Dessutom ger vi en detaljerad beskrivning av hur du själv bygger och installerar en vakuumsolfångare.

Materialet kompletteras med videoklipp där du får lära dig om viktiga egenskaper och funktionsprinciper hos vakuumkollektorer.

Funktionsprincip för vakuumenheten

Till skillnad från vanliga solfångarsystem omvandlar vakuumsolfångaren solenergi på ett särskilt sätt. En klassisk panel tar bara emot ljus och omvandlar det till el. Kollektorn däremot består av glasrör med vakuum inuti. De sammanfogas till ett system med hjälp av speciella kopplingsenheter.

Inuti varje rör finns en kanal av en eller två kopparstavar med värmebärare. Genom att fånga upp solstrålarna värmer det aktiva elementet upp värmebäraren och får på så sätt kollektorn att fungera.

Tack vare denna konstruktion ökar energiuttaget avsevärt och värmeförlusterna minskar betydligt eftersom vakuumskiktet gör att cirka 95 % av den infångade solenergin kan bevaras.

En vakuumsolfångare placerad på taket av ett enfamiljshus förser boende med varmvatten året om och under den kalla årstiden möjliggör den bekväm uppvärmning av bostaden utan stora ekonomiska utgifter.

Dessutom minskar solfångarens beroende av årstid, omgivningstemperatur och olika väderförhållanden som vindbyar, växlande molnighet, nederbörd med mera.

Hur är en vakuumkollektor uppbyggd?

Moderna vakuumanordningar som ger värme och varmvatten till bostäder via solenergi skiljer sig tekniskt åt.

Solfångarna indelas i följande typer:

• rörformad utan glasskydd;
• modul med reducerad omvandling;
• standard platt variant;
• anordning med transparent värmeisolering;
• luftaggregat;
• platt vakuumsolfångare.

Vakuumsolfångaren kan ge varmvatten och uppvärmning när som helst på året och oavsett väder (+)

Alla har en gemensam konstruktionslikhet, de består av:

• yttre genomskinligt rör där luften är helt utpumpad;
• värmeöverföringsrör som är placerat i det stora röret där flytande eller gasformig värmebärare cirkulerar;
• en eller två samlingsfördelare som de större rören ansluts till och där cirkulationskretsen för de tunna, invändigt placerade rören ingår.

Hela konstruktionen påminner på sätt och vis om en termos med genomskinliga väggar, där en enastående hög nivå av värmeisolering uppnåtts. Tack vare denna egenskap kan innerrörets kropp värmas upp ordentligt och leverera energi till den cirkulerande värmebäraren på ett effektivt sätt.

Konstruktionsdetaljer och klassificering

Vakuumkollektorer klassificeras efter typen av glasrör som används i konstruktionen eller efter egenskaperna hos värmekanalerna. Rören är vanligtvis koaxiala eller fjäderformade, och värmekanalerna är U-formade direktflödes- och heat pipe-typer.               .

Egenskaper hos koaxialrör

Koaxiala rör består av en dubbel glastermosflaska med ett artificiellt skapat vakuumutrymme mellan väggarna. Rörts insida är belagd med ett speciellt värmeabsorberande skikt, så värmeöverföringen sker direkt från glasflaskans väggar.

Koaxiala rör tillverkas av höghållfast borosilikatglas med hög ljusgenomsläpplighet. Elementen har, beroende på tillverkare, upp till tre lager av magnetronsputtering, uppvisar utmärkt hållfasthet och motståndskraft mot olika väderfenomen (regn, hagel etc.), klarar ett tryck på 1 MPa och har en livslängd på 15 år.

Som absorberande element är ett kopparrör med en eterbaserad vätska insmort i glasröret. Vid uppvärmning avdunstar den, avger effektivt sin värme, kondenseras och rinner ner till rörets botten. Därefter upprepas cykeln, vilket skapar en kontinuerlig värmeväxlingsprocess.

Egenskaper hos lamellrör

Vakuumfjäderrör har tjockare väggar än koaxiala rör och består av en enda glaskolv istället för två. Det inre absorberande elementet av koppar är försett med en stark förstärkare längs hela längden – en korrugerad platta med högeffektiv energiabsorberande beläggning.

Tack vare denna konstruktionsegenskap är vakuumet placerat direkt i värmekanalen, varav en del tillsammans med absorbenten integreras direkt i kolven.

Fjäderröret innehåller en platta som till formen påminner om en fjäder. Verkningsgraden är högre än hos den koaxiala motsvarigheten, men den har betydligt högre kostnad och är svår att byta ut om kolvens integritet skadas eller värmeelementet går sönder.

Kollektorer tillverkade med fjäderrör anses vara de mest effektiva i sin klass, de klarar sina uppgifter utmärkt och fungerar tillförlitligt i många år.

Funktionsprincip för heat pipe-värmekanalen

Heat pipe-värmekanaler består av slutna rör som innehåller en lätt avdunstande vätska. Under påverkan av solstrålar värms den upp, övergår till kanalens övre del och samlas där i en speciell värmesamlare (manifold).

Arbetsvätskan avger då all ackumulerad värme och sjunker ner igen för att återuppta processen.

Värmeväxlarens hylsa (heat-pipe) ansluts till manifoldens värmeväxlare via ett specialuttag som är inlött i själva 1-rörsvärmeväxlaren, eller omsluts av en 2-rörsvärmeväxlare.

Heat pipe-värmekanalens arbetselement tillverkas av koppar, mer sällan av aluminium. Det uppvisar hög motståndskraft mot driftsbelastningar, fungerar pålitligt i 15 år, har en rimlig kostnad och är ett av de mest populära elementen i moderna vakuumsolenergisystem av rörtyp.

Värmebäraren tar den frigjorda energin från värmereservoaren och transporterar den vidare i systemet, vilket på så sätt säkerställer varmvatten i kranar och värmeelement. Heat pipe-systemet är enkelt att montera och visar hög effektivitet i drift.

Kollektorer utrustade med heat pipe-vakuumrör kännetecknas av en hög tillförlitlighetsnivå och är lämpliga för användning inte bara i hushåll utan även i högtryckssolvärmesystem.

Vid fel eller haveri finns det utan krångel möjlighet att byta ut den trasiga enheten mot en ny, utan att behöva omstrukturera hela systemet.

Reparationsarbeten kan enkelt utföras direkt på kollektorns plats utan att demontera aggregatet och utan onödigt arbete.

Beskrivning av U-formad direktflödesvärmeväxlare

Röret i direktflödesvärmeväxlaren har formen av bokstaven U. Inuti cirkulerar vatten eller arbetsvärmebärare från värmesystemet. En del av elementet är avsedd för kall värmebärare, medan den andra korrekt leder bort den redan uppvärmda.

Vid uppvärmning expanderar den aktiva vätskan och går in i ackumulatortanken, vilket skapar en naturlig cirkulation av vätskan i systemet. En speciell selektiv beläggning som appliceras på innerväggarna ökar värmeabsorptionsförmågan och förbättrar systemets totala effektivitet.

Jämfört med rör av heat-pipe-typ har U-formade produkter högre hydrauliskt motstånd, ställer högre krav på värmebäraren och är betydligt dyrare. Kollektorer som arbetar med direktflödes U-rör kan inte fungera under högt tryck och ger kvalitativ värmeavgivning endast under den varma årstiden.

U-typsrör uppvisar hög prestanda och ger en rejäl värmeavgivning, men har en betydande nackdel. De utgör en helhetskonstruktion tillsammans med fördelaren och monteras alltid med den.

Det går inte att byta ut en enskild trasig tub. För reparation måste hela komplexet demonteras helt och en ny installeras på dess plats.

Jämförelse av olika varianter

Vid tillverkning av solvärmeenheter kombineras värmekanaler och vakuumglasrör för solfångare i de mest skilda kombinationer.

Koaxiala modeller med värmekanal heat pipe är mest populära bland konsumenterna. Köpare lockas av enheternas rimliga pris och mycket enkelt, tillgängligt underhåll under hela livslängden.

Vakuumsolfångare med heat pipe-arbetskanal går utmärkt att reparera. Byte av skadade rör sker på plats och kräver inte demontering av systemet eller flyttning till annan plats. Däremot sker värmeväxlingen i dessa modeller komplicerat, vilket gör att verkningsgraden vid utloppet är högst 65%.

Vakuumenheter med heat pipe-kanaler uppvisar hög tillförlitlighet och har inga begränsningar för användning även i högtryckssoltermiska system.

Enheter med koaxial glaskolv innehållande genomströmmande U-formade kanaler är också efterfrågade. De karakteriseras av egenskaper som låg värmeförlust och verkningsgrad från 70% och uppåt.

För korrekt funktion måste en vakuumenhet med U-kanal installeras på rätt sätt. Det är önskvärt att minsta lutningsvinkel är minst 20⁰. Endast på så sätt kan maximal effekt uppnås.

Situationen försämras något av: komplicerad reparationsprocess, specifikt underhåll under drift och omöjlighet att byta en enskild trasig komponent. Om något händer med enheten demonteras den och en helt ny solfångare installeras på dess plats.

Fjäderrör är konstruktionsmässigt en enkel cylinder av glas med tjocka starka väggar (beroende på tillverkare från 2,5 mm och uppåt). Den inuti befintliga insatsen av fjäderabsorbent omsluter tätt arbetskanalen, som är tillverkad av värmeledande metall.

Nästan perfekt isolering skapas av vakuumutrymmet inuti glaskärlet. Absorbenten överför den absorberade värmen utan förluster och ger systemet en verkningsgrad på upp till 77%.

Vid fel kan kollektorer med fjäderrör repareras. Det krävs inte att byta hela systemet, det räcker med att hitta den skadade enheten, demontera den och ersätta den med en ny.

Modeller med fjäderelement kostar något mer än koaxiala, men tack vare hög effektivitet ger de full komfort i rummet och betalar sig snabbt.

De mest effektiva och produktiva är fjäderväxlare med interna rakkanaler. Deras verkliga verkningsgrad når ibland rekordnivåer på 80 %.

Vid montering av fjäderrör i ramen sätter man på varje detaljs stång en stark klämmutter med ring och värmetålig packning. Detta säkerställer täthet i hela konstruktionen och gör att kollektorn kan fungera fullt ut under alla förhållanden.

Priset på produkterna är ganska högt, och vid reparation måste man tömma hela värmebäraren från systemet innan man påbörjar felsökning.

Hur ska värmesamlaren vara utformad?

Värmesamlaren är ytterligare en mycket viktig arbetsdel i vakuumkollektorn. Genom denna enhet överförs ackumulerad värme från rören till värmebäraren.

Värmesamlaren placeras i apparatens övre del. En av dess komponenter, kopparkärnan, tar emot energi och överför den till den primära värmebäraren som cirkulerar i det slutna systemet «tank-kollektor värmeväxlare».

Korrekt funktion garanteras av en cirkulationspump som är ansluten till systemet. Automatiken som styr värmesystemet övervakar noggrant temperatur nivån i kanalerna och stoppar pumpen om den faller under den tillåtna kritiska minimum (t.ex. under natten).

Detta förhindrar omvänd uppvärmning, när värmebäraren börjar ta värme från det varma vattnet som samlats i ackumulatortanken.

För- och nackdelar med vakuumkollektorer

Aggregatens främsta fördel är nästan fullständig frånvaro av värmeförluster under drift. Detta möjliggörs av vakuummiljön, som är en av de bästa naturliga isolatorerna. Men listan över fördelar slutar inte där.

Enheterna har även andra tydliga fördelar:

• effektiv drift vid låga temperaturer (ner till -30°C);
• förmåga att ackumulera temperaturer upp till 300°C;
• maximal möjlig absorption av termisk energi, inklusive det osynliga spektrat;
• driftstabilitet;
• låg känslighet för aggressiva väderförhållanden;
• liten vindpåverkan tack vare rörsystemens konstruktion som låter luftmassor av olika densitet passera igenom;
• hög effektivitet i regioner med tempererat och svalt klimat med få klara och soliga dagar;
• lång livslängd vid efterlevnad av grundläggande driftsregler;
• tillgänglighet för reparation och möjlighet att byta ut endast en trasig komponent istället för hela systemet.

Till nackdelarna räknas kollektorns oförmåga att självrengöra sig från frost, is och snö samt det höga priset på komponenter som krävs för att bygga enheten hemma.

En solkollektor är en effektiv anordning som nästan förlustfritt omvandlar solenergi till värmeenergi

Bygg enheten själv

Monteringsprocessen för en vakuumkollektor börjar med att tillverka en underram för arbetsdelarna. Den monteras direkt på den plats som är avsedd för enheten.

Ramens storlek och dimensioner beror helt på den modell som planeras att tillverkas, och anges vanligtvis i instruktionen som medföljer komponenterna.

Den färdiga ramen för kollektorn fästs på taket så att den sitter stadigt och inte vickar. Om taket är av skiffer används läkt och grova skruvar med stor diameter. För andra takmaterial används vanliga expansionsankare.

Kontaktpunkterna mellan ramen och takytan förseglas ytterligare med tätningsmedel för att förhindra att vatten tränger in i huset genom hålen. Därefter placeras ackumulatortanken på monteringsplatsen och skruvas fast på ramens övre del.

I nästa steg monteras värmeelementet, temperatursensorn och den automatiska luftavledaren. Alla hjälpkomponenter och tillhörande detaljer placeras på de medföljande mjukgörande packningarna. För att fästa temperatursensorn används en hylsnyckel.

Därefter ansluts vattenledningarna. För detta ändamål används rör av valfritt material som tål låga temperaturer och kan motstå upp till 95°C. Polypropenrör och kopplingar har visat sig fungera bra.

Polypropylenrör är idealiska för att ansluta solfångaren till vattenledningssystemet i ett bostadsutrymme. Armaturen har goda fysikaliska egenskaper och driftsuthållighet, fungerar pålitligt under många år och är lätt att byta ut om det uppstår sprickor eller brott.

När du har anslutit vattenledningen fyller du ackumulatortanken med vatten och testar den för täthet. Om det upptäcks läckor någonstans inom 3–4 timmar åtgärdar du dem.

Till sist monterar du värmeelementen. För detta lindar du kopparröret med en aluminiumplåt och placerar det i ett glasvakuumrör. Nederst på glaskolven sätter du en fixeringskopp och ett dammskydd av stark, flexibel gummi.

Den övre kopparspetsen på röret skjuts in helt i mässingskondensorn. Ta inte bort den trögflytande termiska kontaktsmörjmedlet från rören. Snäpp fast låsmekanismen på konsolen och montera alla återstående glasrör på samma sätt.

Rörformiga solfångare behöver regelbundet underhåll och obligatorisk rengöring, särskilt under perioder med kraftigt snöfall. Om du följer dessa enkla regler kommer de att fungera länge och behålla en hög effektivitet under hela livslängden.

På konstruktionen monterar du en installationsenhet, ansluter den till en 220 volts strömkälla och kopplar in tre hjälpenheter – värmeelement, luftavledare och temperatursensor.

Sist ansluter du styrenheten som är avsedd för korrekt hantering av systemet. I styrenhetens meny anger du önskade driftsparametrar och startar systemet i standardläge.

Steg-för-steg-instruktioner för att bygga en solfångare finns i den här artikeln.

Hur placerar man enheten korrekt?

För att vakuumsolfångaren ska kunna arbeta fullt ut och effektivt förse bostadsutrymmet med nödvändig energi måste du hitta den mest fördelaktiga platsen och korrekt orientera enheten i förhållande till väderstrecken.

Vakuumsolfångare av rörtyp är mycket mer praktiska än sina platta motsvarigheter. Om något av arbetsrören skadas och slutar fungera är det mycket enkelt att byta ut det mot ett nytt. Därefter fortsätter systemet att fungera som tidigare. Om du inte omedelbart kan sätta dit en ny del istället för den skadade spelar det ingen roll. Apparaten kan utföra sina ”uppgifter” även om den har en enhet med ett skadat element.

För orter på norra halvklotet är det lämpligt att placera solfångaren på den södra delen av husets tak eller på den soliga sidan av tomten. Försök att minimera avvikelsen för apparatens plan.

Om det inte är möjligt att rikta ytan mot söder, bör du välja den ljusaste vinkeln på en öppen plats mellan väst och öst.

Den höga effektiviteten hos en vakuumkollektor beror också på att den fungerar som en spegel och justerar sin termiska effekt efter solens aktuella höjd.

Solenergianläggningen får inte skymmas av skorstenar, dekorativa takdetaljer, utbredda trädgrenar eller höga bostads- eller tekniska byggnader. Det minskar effektiviteten och värmeupptagningen hos de aktiva elementen.

Om aggregatet är korrekt placerat, kommer det att ge nästan samma värmeavgivning året runt, oavsett säsong.

Om du inte har stor erfarenhet av komplexa reparations-, installations- och VVS-arbeten, är det inte rationellt att vakuumförsegla rör hemma. Processen är mycket arbetskrävande och kräver speciell kunskap och professionell utrustning.

Dessutom har egentillverkade vakuumelement en mycket lägre verkningsgrad än fabrikstillverkade delar. Därför är det mest rimligt att köpa produkter från en professionell tillverkare och sedan försöka montera ihop några sektioner hemma.

På webbplatsen finns en samling artiklar om installation av solvärmesystem, vi rekommenderar att du läser dem:

1. Solvärmesystem: genomgång av tekniker för uppvärmning med solfångare
2. Uppvärmning av privatbostad med solpaneler: scheman och konstruktion
3. Flexibla solpaneler: typer, egenskaper + anslutningsfunktioner

Slutsatser och användbar video om ämnet

Detaljerad beskrivning av vakuumröret, dess funktionsprincip och hur solfångaren fungerar i sin helhet. Författaren berättar om några intressanta nyanser och visar att installationen kan bli ett verkligt alternativ till en gaspanna.

Intressant information om hur solfångaren fungerar under vintertid.

Hur man korrekt monterar en vakuumsolfångare själv hemma. Alla nyanser i processen, rekommendationer och användbara tips.

Genom att känna till den grundläggande funktionsprincipen för en rörformad vakuumsolfångare kan du montera aggregatet själv. Installationen kommer att helt motsvara dina personliga krav och behov.

Det är inte en alltför svår uppgift, men den kräver extra uppmärksamhet, noggrannhet och vissa färdigheter, annars ökar risken för att skada glaskolvens integritet och bryta dess täthet avsevärt.

Alla som är intresserade av att välja, installera eller själv montera en solfångare uppmanas att lämna kommentarer och ställa frågor. Kontaktformuläret finns i det nedre blocket.