U-Borulu Vakum Tüplü Güneş Kollektörü: Verimli Basınç Taşıyan Mühendislik Sıcak Su Çözümü

Güneş enerjisinin ısıl kullanımı alanında, vakum tüplü teknoloji mükemmel termal performansı ve yaygın uygulama alanı nedeniyle öne çıkmaktadır. Bunlar arasında, vakum tüplü ailede üst düzey bir ürün olan U-Tube Vakum Tüplü Güneş Kollektörü, vakum tüplerinin verimli ısı toplama ve düz plakalı sistemlerin basınç taşıma avantajlarını mükemmel bir şekilde bir araya getirerek, büyük ve orta ölçekli güneş enerjili sıcak su projeleri için önemli bir tercih haline gelmiştir. Bu makale, bu teknolojinin prensiplerini, özelliklerini ve mühendislik uygulama değerini derinlemesine inceleyecektir.

 

I. Çalışma Prensibi ve Sistem Yapısı

U-tüplü vakum tüplü kollektör, benzersiz "U şeklinde" metal tüp tasarımına sahiptir. Çekirdek yapısı şunları içerir:

 

Vakum tüpü montajı 

1. Dış boru: Yüksek ışık geçirgenliği sağlayan yüksek borosilikat cam boru (≥91%) 

2. İç tüp: Yine camdan yapılmış olup, yüzeyinde seçici emilim kaplaması (α≥0,93) bulunmaktadır. 

3. Vakum katmanı: İç ve dış borular arasındaki vakum derecesi 10⁻³Pa'ya ulaşır ve konvektif ve iletken ısı kaybını etkili bir şekilde bastırır. 

U şeklinde metal ısı değişim boruları 

1. Mor bir bakır boru U şekline bükülür ve vakum tüpünün içinden geçirilir 

2. Yüzey, uzun vadeli termal stabiliteyi sağlamak için anti-oksidasyon işlemine tabi tutulmuştur. 

3. İç sirkülasyonlu antifriz çalışma ortamı (propilen glikol çözeltisi vb.) 

Kolektör sistemi 

1. Birden fazla U-tüplü vakum tüpü, bir toplayıcı dizi oluşturmak için paralel olarak bağlanır 

2. Her U şeklindeki boruyu, tam bir sirkülasyon döngüsü oluşturacak şekilde başlıktan geçirin 

3. Yapısal stabiliteyi sağlamak için alüminyum profil braketleriyle donatılmıştır

 

Çalışma süreci:Güneş ışığı → dış cam tüpe nüfuz eder → Absorpsiyon kaplaması tarafından yakalanır → Isı enerjisi → radyasyon yoluyla U şeklindeki tüp kanatçıklarına aktarılır → U şeklindeki tüpün içindeki çalışma ortamına iletilir → Isınan çalışma ortamı, sirkülasyon pompası tarafından su tankı ısı değiştiricisine iletilir.

 

Ii. Beş temel avantaj

1. Basınç taşıma kapasitesi 

Tamamen metal akış kanalı tasarımı, çalışma basıncının 0,6-1,0 MPa'ya ulaşmasını sağlar 

Bina su şebekesine doğrudan bağlanabilir ve su çıkış basıncı sabittir 

Mühendislik uygulamalarının gereksinimlerini karşılamak için birden fazla noktada eş zamanlı su teminini destekler 

2. Yüksek verimli ısı toplama performansı

Vakum yalıtımı, minimum ısı kaybını ve düz bir ısı toplama verimliliği eğrisini garanti eder 

Düşük güneş ışığı ve düşük sıcaklık ortamlarında bile iyi performansını koruyabilir 

Kışın verimlilik, düz plakalı kollektörlere göre önemli ölçüde daha yüksektir

3. Mükemmel donma önleme yeteneği 

Vakum tüpünün kendisi suyu tutmaz, bu sayede donma riski tamamen ortadan kalkar

Antifriz çalışma ortamının donma noktası -35℃'nin altına kadar düşebilir

Özellikle soğuk bölgelerde kullanıma uygundur

4. Modüler tasarım

Her boru bağımsız olarak çalışır ve yerel arızalar sistemin çalışmasını etkilemez

Sıcak değiştirilebilir değişimi destekler, bakımı basit ve rahat hale getirir

Isı toplama alanı talebe göre esnek bir şekilde genişletilebilir

5. Doğrudan güneş ışığına dayanıklılık

Vakum tüpleri mükemmel yüksek sıcaklık direncine sahiptir ve 400℃'nin üzerindeki güneş ışığına maruz kalmaya dayanabilir

Boru patlama riski yoktur ve son derece güvenli ve güvenilirdir

III. Teknik Parametreler ve Performans Göstergeleri

Tipik performans parametreleri (tek boru ∅58×1800mm):

Işık alma alanı: Parça başına 0,12 m²

Çalışma ortamı kapasitesi: Tüp başına 0,15-0,2 L

Çalışma sıcaklığı: -30℃ ila 150℃

Anlık verim: η=0,75-0,05×(Δt/G) (Δt sıcaklık farkı, G ışınım şiddetidir)

Isı kaybı katsayısı: ≤1,5W/m²K

Sistem yapılandırma önerileri

Su tankı kapasitesi, ısı toplama alanının metrekaresi başına 60 ila 80 litre olmalıdır.

Antifriz çalışma ortamının konsantrasyonu, yerel minimum ortam sıcaklığına göre belirlenir

Sirkülasyon pompasının kafası, sistem direncini ve kot farkını hesaba katmalıdır

 

IV. Mühendislik Uygulama Çözümleri

1. Büyük ve orta ölçekli sıcak su projeleri

Otel ve pansiyon sistemi: 200-500 metrekare ısı toplama alanı, 30-100 tonluk izolasyonlu su depoları ile donatılmıştır.

Okul hastanesi sistemi: Zamanlanmış su temini ve sabit sıcaklık kontrol stratejisini benimser

Yüzme havuzu sistemi: Su sıcaklığını 26-28℃'de tutarak işletme maliyetlerini önemli ölçüde azaltır

2. Isıtma entegrasyon sistemi

Zemin ısıtma sistemiyle birlikte kullanıldığında kışın temel ısıtma sağlar.

Aşırı hava koşullarında istikrarlı ısıtma sağlamak için yardımcı bir ısı kaynağı ile donatılmıştır

Evsel sıcak su teminine öncelik verin ve atık ısıyı ısıtma için kullanın

3. Endüstriyel ön ısıtma uygulamaları

40-80℃'de proses ısısı gerektiren endüstriler için ön ısıtma sağlayın

Elektrokaplama, gıda işleme, tekstil baskı ve boyama ve diğer alanlar

Yatırımın geri ödeme süresi genellikle 2 ila 4 yıldır

4. Tarımsal kurutma sistemi

Mahsul kurutma, Çin tıbbi malzemesi kurutma vb.

Kurutma kalitesini artırmak için sabit sıcak hava sağlayın

Geleneksel yakıt tüketimini azaltın ve üretim maliyetlerini düşürün

V. Sistem Tasarımının Temel Noktaları 

1. Eğim Açısı tasarımını optimize edin

Yerel enleme göre ayarlamalar yapın

Kış kullanımına vurgu: Enlem +10°-15°

Yıl boyu kullanım: Yerel enleme eşit

Yaz kullanımına vurgu: enlem -10°-15°

2. Aşırı ısınma koruması

Sıcaklık farkı döngüsünün üst sınırını ayarlayın (genellikle ≤90℃)

Radyatörler veya yeraltı su soğutması gibi acil durum önlemlerini benimseyin

Mevsimsel kapanma şemalarını göz önünde bulundurun

3. Kavitasyon önleyici tasarım

Sistemin en yüksek noktasına bir egzoz cihazının takıldığından emin olun

Boru hattı tasarımı hava ceplerinin oluşmasını önler

Otomatik egzoz valfi benimsendi

4. Kireçlenmeyi önleyici önlemler

Çalışma ortamını yumuşatılmış suyla hazırlayın

PH değerindeki değişiklikleri düzenli olarak izleyin

Korozyon inhibitörleri eklemeyi düşünün

Vi. Kurulum ve Bakım Kılavuzu

Kurulum özellikleri

Arka koltukların ön koltuklar tarafından engellenmemesini sağlamak için boru aralığı en az 0,8 metre olmalıdır.

Temel yük taşıma kapasitesi ≥30kg/m²'dir

Hava çıkış alanına kurulumdan kaçının

Bakım gereksinimleri

Çalışma ortamı konsantrasyonunu ve pH değerini her yıl kontrol edin

Vakum tüpünün yüzeyini her çeyrekte bir temizleyin

Sirkülasyon pompasının çalışma durumunu her ay kontrol edin

Yaygın Hata Yönetimi

Verimlilik düşüşü: Vakum tüpünün vakum derecesini kontrol edin ve arızalı tüpü değiştirin

Sızıntı: Sızdırmazlık halkasının eskimiş kısmını bulun ve sızdırmazlık bileşenini değiştirin

Zayıf sirkülasyon: Gazı boşaltın ve pompanın çalışmasını kontrol edin

 

Vii. Ekonomik Analiz

Yatırım kompozisyonu (Örnek olarak 1000m²'lik bir projeyi ele alalım):

Kollektör sistemi: %45-%50

Isı depolama sistemi: %25-%30

Kontrol sistemi: %10-15

Kurulum projesi: %10-15

Kazanç analizi

Metrekare kollektör başına yıllık enerji tasarrufu: 350-550kWh

 Geri ödeme süresi: 3 ila 6 yıl (yerel enerji fiyatlarına bağlı olarak)

Yaşam boyu getiri: İlk yatırımın 3 ila 8 katı

Viii. Geleneksel Vakum Tüplü Kollektörlerle Karşılaştırma

U-tüplü toplayıcı, geleneksel tamamen camdan yapılmış vakumlu tüplere sahiptir 

Basınç taşıma kapasitesi: Basınç taşıma işlemi (0,6-1,0 MPa), basınç taşımayan 

Mükemmel donma önleme performansı (çalışma ortamı sirkülasyonu) ve iyi (borudaki su donabilir) 

Bakım tek branşman borusu, drenaj gerekiyorsa değiştirilebilir 

Son derece verimli ve kararlıdır, ancak su kalitesinden etkilenir 

Maliyet nispeten yüksek veya düşüktür 

Hem orta ve büyük ölçekli ev projeleri hem de küçük ölçekli projeler için uygundur

 

Çözüm 

U-tüplü vakum tüplü güneş kollektörü, yenilikçi yapısal tasarımı sayesinde, geleneksel güneş kollektörlerinin basınç taşıma kapasitesi, sistem bakımı ve mühendislik uygulanabilirliği konusundaki sınırlamalarını başarıyla aşmış ve büyük ve orta ölçekli güneş enerjili sıcak su projeleri için tercih edilen çözüm haline gelmiştir. Olağanüstü termal performansı, güvenilir çalışma özellikleri ve iyi ölçeklenebilirliği, oteller, okullar ve fabrikalar gibi sıcak su ihtiyacının olduğu yerlerde önemli avantajlar sağlamaktadır.

Güneş enerjisi kullanım teknolojisinin sürekli gelişmesi ve mühendislik deneyiminin artmasıyla, U-tüplü vakum tüplü kolektörler enerji dönüşümünde önemli bir rol oynamaya devam edecek ve fosil enerji tüketimini ve karbon emisyonlarını azaltmak için güvenilir bir teknik yol sunacaktır. U-tüplü bir sistem seçmek, yalnızca bir sıcak su cihazı seçmekle ilgili değildir; aynı zamanda güvenilir, verimli ve sürdürülebilir bir enerji geleceğine yatırım yapmakla da ilgilidir.