смотреть статью в pdf версии

Вакуумные коллекторы на польском рынке в 2011 году составили более 26% проданных солнечных коллекторов (данные ESTIF). По популярности Из этого типа коллекторов Польша занимает лидирующие позиции в Европе (2011 год: 66 500 кв. м), уступая только немецкому рынку (2011 год: 118 000 кв. м). Однако, с точки зрения доли рынка, вакуумные коллекторы в Германии занимают гораздо меньше места на рынке, чем в Польше, потому что только 9,3%. Средняя доля вакуумных коллекторов на рынках европейских стран EU27 и Швейцарии составила 9,9% (по данным ESTIF [2011]). Во многих странах продажи вакуумных коллекторов значительно сократились, например, по сравнению с 2011/2010 годом: в Финляндии - 50%, Великобритании - 36%, Италии - 34%, Швеции - 28%, а в Австрии - 26%. Только в Польше был исключительно значительный рост продаж этой группы устройств в 2011 году, на целых + 87,7% по сравнению с 2010 годом.

Два типа
Вакуумные коллекторы встречаются в двух основных типах конструкции (с точки зрения сбора тепла). Решение, известное в самом начале, - это прямой поток гликоля через поглотители, поглощающий тепло непосредственно из поглотителей - как в случае с плоскими коллекторами. Второе решение, получившее популярность в последние годы, - это использование тепловых трубок. В их случае гликоль не находится в прямом контакте с поглотителем, а получает тепло только от конденсаторов отдельных трубок, где конденсируется теплоноситель, конденсируя тепло.

Коллекторы с тепловыми трубками в настоящее время составляют значительную часть рынка, поскольку в группе вакуумных коллекторов их доля может быть оценена примерно в 70%. На крупнейшем европейском рынке вакуумных коллекторов - в Германии - популярность тепловых коллекторов также высока. Некоторые производители изменили конструкцию коллекторов, переключившись с прямой на непрямую тепловую трубу. Причиной этого часто была смена поставщика вакуумных трубок, а также технические соображения. Некоторые типы вакуумных коллекторов с прямоточным потоком показали проблемы в случае недостаточного приема тепла (застой). Сифонирование гликоля в U-образной или концентрической трубке вызвало его длительную варку, что привело к потере свойств [2]. Коллекторы с тепловыми трубками воспринимались как относительно безопасные с точки зрения безопасности работы в режимах застоя из-за отделения гликолевого цикла от поглотителей.

Повреждение тепловых труб
В последнее время все чаще появляются сообщения о повреждениях вакуумных коллекторов с тепловыми трубками. Повреждение относится к растрескиванию тепловых труб, вызывающих утечку теплоносителя. В результате повреждения «сухая» тепловая труба становится непригодной для работы, и единственным заметным эффектом является снижение тепловыделений от солнечной установки. Повреждения такого типа могут оставаться незамеченными пользователем в течение длительного времени, поскольку они не видны невооруженным глазом.

обе гликоль г остается герметичным, солнечные монтажные работы и повреждение нескольких тепловых трубок после нескольких лет эксплуатации можно заметить только в виде снижения воздействия работы. Стандартные проверки солнечной установки практически не могут обнаружить проблему раньше, потому что каждая вакуумная труба должна быть демонтирована, а тепловая труба удалена из нее.

Примеры повреждения тепловых труб
С описаниями повреждений тепловых трубок вы также можете найти их в литературе, например, в национальном исследовании [3], а также непосредственно на отечественных и зарубежных интернет-форумах. Эта проблема была озвучена после «суровой» зимы 2009/2010 гг. В Германии, где было отмечено значительное количество повреждений коллекторов тепловых трубок [4]. Подобные ситуации были описаны в Швеции, США, Канаде, Бельгии, а также в Польше. Например, в Висконсине пользователь заявил зимой 2010/2011 гг. (После недели низких температур при -20 ° C) трещина в 23 из 60 тепловых трубок в коллекторах, установленных в 2006 г. [5]. В Миссури из 80 тепловых трубок в вакуумном коллекторе пользователь обнаружил отказ 40% из них [5]. В Швеции после 7 лет эксплуатации пользователь обнаружил повреждение 3 тепловых труб [6], а в Бельгии - половину труб [7]. В свою очередь, в Польше пользователь обнаружил взрыв из 7 тепловых труб из 44 установленных в общей сложности [8].

Проблема ущерба особенно актуальна для регионов, где температура в зимний период может сохраняться в течение длительного времени на уровне ниже -10 ÷ -15 ° C. В Польше масштабы повреждения тепловых труб увеличиваются, о чем свидетельствует информация, предоставленная установщиками и специалистами по обслуживанию. Есть также предложения таких компаний, как «регенерация и реконструкция тепловых коллекторов». То, что важно для повреждения тепловых труб, обычно происходит после нескольких лет эксплуатации коллектора, когда «холодные» периоды уже могли происходить несколько раз. Поэтому, учитывая динамичное развитие польского рынка вакуумных коллекторов, можно предположить, что масштаб проблемы будет увеличиваться.

Механизм образования повреждений. Отказ тепловой трубы происходит, когда температура наружного воздуха в течение длительного времени опускается ниже -10 ÷ -15 ° C. Замораживание теплоносителя внутри трубки начинается с его зеркала, после чего образовавшаяся «ледяная шапка» не может расширяться вверх по трубе из-за сил трения на стенках трубы. Затем нижняя часть трубки деформируется. Замораживание теплоносителя в несколько раз и возрастающая деформация трубки могут происходить в течение нескольких лет, поэтому повреждения трубки происходили по сообщениям пользователей, как правило, по истечении 4-8 лет.

В большинстве тепловых труб используется чистая вода. Вода широко использовалась в конце 1990-х годов, потому что она устраняла проблемы с другими типами теплоносителей [9]. В настоящее время также используются такие жидкости, как аммиак, ацетон, метанол или этанол, однако, с точки зрения многих физико-химических свойств, они являются гораздо менее благоприятным решением, чем вода.

Вода имеет такие желательные характеристики, как: намного более высокое поверхностное натяжение, более высокая теплота испарения (теплообменная емкость), более высокая теплопроводность и одновременно более низкая вязкость паров и жидкостей от большинства упомянутых носителей. Вода как однородный теплоноситель сохраняет стабильность и неизменность свойств в течение всего срока службы. Таким образом, из-за широкого использования воды в качестве теплоносителя в тепловых трубах, проблема их повреждения при низких температурах может затронуть многие типы вакуумных коллекторов. С другой стороны, поиск других решений в области теплоносителей является непростым делом по многим причинам (техническим и экономическим).

Исследования В 2010 году подразделение TÜV Rheinland заинтересовалось проблемой повреждений тепловых труб. Это произошло после сурового зимнего сезона, когда особенно в Баварии было много случаев появления трещин в тепловых трубах. TÜV Rheinland решил проверить, в какой степени существующие стандарты прочности солнечных коллекторов в соответствии с EN 12975-2 адаптированы для коллекторов с тепловыми трубками.

Сначала были проведены испытания на низкотемпературную стойкость для тридцати тепловых трубок (снятых с вакуумных трубок), поставляемых 6 различными производителями. Трубки от пяти производителей после трех циклов испытаний в холодной камере показали деформации, вызванные замерзанием теплоносителя. Все эти пробирки были позже разбиты после 50 циклов замораживания до -10 ° C и размораживания до + 10 ° C (продолжительность одного цикла = 10 часов).

Во-вторых, были испытаны вакуумные трубки из целых тепловых труб тех же шести производителей. В 21 цикле испытаний 50% тепловых трубок были повреждены. Таким образом, было показано, что стандартная процедура испытания устойчивости коллектора к низким наружным температурам в соответствии с EN 12975-2 недостаточна для вакуумных коллекторов с тепловыми трубками. Кратковременное почасовое замораживание тепловой трубы является недостаточным и не соответствует реальным условиям эксплуатации. Исследования, проведенные TÜV Rheinland, показали возможность тестирования отдельных вакуумных трубок, а не всего коллектора, что является экономически эффективным решением.

Предлагаемая модификация стандарта
В результате собственных исследований TÜV Rheinland разработал предложение по изменению стандартных испытаний по стандарту EN 12975-2. Изменение должно касаться адаптации испытаний на низкотемпературное сопротивление к особенностям коллекторов тепловых труб.

Ожидается, что в будущем стандарт будет изменен, а требования к коллекторам с тепловыми трубками будут значительно увеличены. Это позволит устранить повреждение тепловых труб в результате низких температур.

Иренеуш Елень

Литература:
[1] «Солнечные тепловые рынки в Европе. Тенденции и статистика рынка 2011 ", ESTIF 06.2012 (estif.org).
[2] «Строительство вакуумного солнечного коллектора», Solarblog.pl 06.2012.
[3] «Влияние внешних климатических условий на эффективность работы солнечного коллектора». Юбер Латаля. Inżynieria Rolnicza № 1 (119) / 2010.
[4] «Обеспечение качества в технологии солнечного теплового нагрева и охлаждения», TÜV Rheinland Energie und Umwelt GmbH 05.2012.
[5] форум solarpaneltalk.com
[6] Форум navitron.org.uk
[7] Форум energieportal24.de
[8] Форум muratordom.pl
[9] "Die Vakuumröhre wird привлечения" Карл-Хайнц Реммерс, SBZ 13/2000.

Рис. 1. Солнечные коллекторы подвержены длительному воздействию низких наружных температур. Испытания на прочность в соответствии со стандартом PN-EN 12975-2 обеспечивают испытание на прочность цикла гликоля посредством его кратковременного замораживания.

Рис. 2. Повреждение тепловой трубки отключает ее, независимо от циркуляции гликоля в вакуумном коллекторе тепловой трубки.

Рис. 3. Примеры повреждения тепловых труб [5], [4].

Рис. 4. Механизм повреждения тепловых трубок из-за замерзания теплоносителя и деформации трубки.

Рис. 5. Деформация тепловых труб тепловых труб после 3-х циклов испытаний в соответствии с EN 12975-2 [4].

Таблица. Сравнение текущих условий проведения испытания сопротивления солнечного коллектора на замерзание в соответствии с EN 12975-2, с условиями, предложенными для вакуумных коллекторов с тепловыми трубками [4].