1598005349-cbdd2b750b348f5994382c5962e09db2 (811198), страница 5
Текст из файла (страница 5)
ЭФФЕКТИВНОСТЬ СОЛНЕЧНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ И МЕТОДЫ ЕЕ ПОВЫШЕНИЯ Показателем эффективности КСЭ является его коэффициент полезного действия, равный отношению теплопроизводительносги коллектора к количеству солнечной энергии, поступающему на коллектор; 7)„= Ои/(Е„А), где (бя — теплопроизводительность коллектора, Вт ч; Е, — количество солнечной энергии, поступающей на 1 м' площади поверхности КСЭ, Вт ч/м'1 А — площадь поверхности абсорбера КСЭ, м'. Величину Он можно определить по расходу теплоносителя т, кг/с, его удельной теплоемкости Ср, Вт ч/ /(кг 'С), и разности температур теплоносителя на выходе Тх и входе Т, КСЭ, т.е. О„=тСр(Тх — Т,).
Коэффициент полезного действия коллектора солнечной энергии определяется его эффективным оптическим коллекторы, солнечные пруды, представляющие собой комбинацию КСЭ и аккумулятора теплоты, и т.п. Сравнительная характеристика коллекторов различ. ных типов дана в табл. 2. Таблица 2. Характеристика основных типов солнечнык коллекторов КПД т)о и эффективным коэффициентом теплопотерь К цн = уь — Ки (҄— т,)Д„, где /н — интенсивность потока солнечной энерпш, поступающего на поверхность КСЭ, Вт/м'1 К, — эффективный коэффициент теплопотерь КСЭ, Вт/(м' 'С); Т,— температура наружного воздуха, 'С.
Приведенная выше формула дает мгновенное значение КПД КСЭ, которое может быть принято средним для данного часа суток. Но поскольку интенсивность потока солнечной энергии /, в течение двя изменяется от нуля перед восходом и после захода Солнца до максимума в солнечный полдень, также сильно изменяется и КПД КСЭ. Отсюда следует, что среднедневное значение КПД будет значительно ниже, чем его максимальное значение в полдень. Возникает вопрос — от чего зависит величина КПД коллектора солнечной энергии? Наиболее сильное влияние на КПД плоского КСЭ оказывают: 1) метеорологические параметры — интенсивность солнечной энергии /, измеряемая на горизонтальной повсрхностн, и температура наружного воздуха Т,; 2) конструктивные характеристики КСЭ и свойства лучепоглощающей поверхности абсорбера — материал и толщина листа, толщина и коэффициент теплопроводности тепловой изоляции, шаг труб, число слоев остекления и его пропускательная способность; 3) рабочие параметры КСЭ вЂ” расход теплоносителя и его температура на входе в КСЭ.
При сравнении различных материалов, используемьгх для изготовления абсорбера, — меди, алюминия, стали, пластмассы — установлено, что с увеличением произведения толщины листа б на его коэффициент теплопроводности Х значение КПД коллектора возрастает. Так, при толшине лучепоглощающего листа в 1 мм из меди, алюминия, стали или пластмассы [1=390; 205; 45 и 0,6Вт/(м 'С) соответственно) КПД КСЭ составляет 52; 50; 48 и 22 % В табл. 3 прнвелены значения коэффициента эффективности оребрения металлического листа лучевоспрннимающей поверхностя плоского КСЗ в зависимости от материала ребра, его толщины н шага трубок для теплоносителя (обычно е пределах 50 †!50 мм), Теплотехпнческое качество лучевоспрннимающей позер~ности коллектора возрастает прн использовании более тсплопроводного матеряала, при увеличении его толщины (хотя влннние здесь неве- 31 Т а б л н ц а 3, йхоэффнцнент аффектнвностн оребрення г"' абсорбера плоского жидкостного коллектора (толщнна ласта 1 мм, диаметр труб 25 мм) Шяг труб, мм Мятсрнял листа х, втдм.
с> лико) н уменьшении шага трубок Уменьшение диаметра трубок с 25 до 12 мм влечет за собой сннжеане коэффнннента эффсктявношв па 0,03 — 0,05, но пря этом уменьшается общая теплоемкость коллектора н его тепловая инерция, а следовательно, быстрее пронсходнт ег> прогрев. Зазор между лучевосгрнннмающей говерхносю ю н остек. леваем н мехсду внутренним н наружныы слоями двухрядного остекленна обычно выбнрают в пределах 15 — 25 мм. Толщнна тепловой яаоляцнн н>окней поверхности абсорбера ярнннмается равной 50— 75 мм, а боковых поверхностей — 25 мм, При возрастании интенсивности инсоляцин с 300 до 1000 Вт(мх КПД коллектора увеличивается с 32 до 59 %, а при увеличении температуры наружного воздуха с 10 до 30'С КПЛ возрастает с 41 до 55 7о.
Очевидно, что в холодный период года КПД обычного плоского КСЭ весьма низок. Большое влияние на КПД КСЭ оказывает температура теплоносителя на входе в колектор: чем она нпжс, тем нигке тепловые потери КСЭ и выше его КПД. Прп увеличении расхода теплоносителя КПЛ КСЭ возрастает до определенного предела, а затем остается постоянным, так что существует оптимальный диапазон значений расхода теплоносителя. КПД КСЭ сильно увеличивается при применении абсорбера с селективным покрытием, характеризуемым большим отношением поглощптельной ас и излучательной е, способностей. При однослойном остеклении изменение степени селективностп абсорбера >х,/ет с 1 до 12 приводит к увеличению КПЛ КСЭ с 45 до 60 %. При испытании коллекторов получают зависимость КПД коллектора у), от отношения у разности температур теплоносителя на входе в КСЭ и наружного воздуха ЬТ к плотности потока солнечной энергии 1и на поверхность КСЭ. Типичные характеристики плоских и вакуумироваиного коллекторов и области их применения показаны на рис.
13, Как видим, характеристика КСЭ изображается п я прямой линией, Точка ее пересечения с вертикальной ось сью соответствует эффективному оптическому КПД по о при утле падения солнечных лучей О, а тангенс угла на~лона прямой к горизонтальной оси — эффективному коэффициенту теплопотерь КСЭ К,. уа 11 к ряб р,б о,б бО 30 к)У,'Г !00 Ряс. 13. Характеристика коллекторов солнечной энергии: > — коллектор бея остеклення; > — «оллектор с олнослойнын остекленнем; Э- «оллектор с Лнуксловным остекяеняем; 4 — селекткнный пноскня коллектор с однослойным остекленнем; б — стеялянный трубчатый някуумнронннный кол.
лектор Характеристика солнечного коллектора описывается следУющей фоРмУлой: >)„=У)о — К.У. ПРи этом оптиче- КПЛ у1о и коэффициент теплопотерь К, для коллекторов, характеристики которых представлены на рис. 13, равны: 3 — 675 33 Неселектнвный плоский коллектор без остекленна То жс с однослойным остеклением То же с двухслойным остеклснием Селективный плоский коллектор с однослойным остекленнем Вакуумировенный стеклннный трубчатый копиек. тор че ли вту 1нь ' 0,95 15 0,85 ? 0,75 5 08 35 0,75 2 Оптический КПД определяется произведением коэффициента пропускания солнечного излучения прозрачной изоляцией т (для ! — 3-слойного остекления т=0,6 —:0,95) и коэффициента его поглощения абсорбером гх (а= =0,85 —:0,98) и не зависит от /„и разности температур /ЛТ коллектора Т, и наружного воздуха Т..
Тепловые потери снижают полезную энергию коллектора и возраста. ют с увеличением разности температур ЬТ. Диапазон типичных значений коэффициента теплопотерь К„= =1,2 —:10 Вт/(и"С). Из рис. 13 видно, что прн у=оТ//к(0,013 м' 'С/Вт плоский коллектор без остекленна имеет наибольший КПД, в диапазоне значений у до 0,045 м' 'С/Вт коллектор с однослойным остеклением более эффективен, чем коллектор с двумя слоями стекла, прн у)0,025 м' 'С/Вт самым эффективным является вакуумированный коллектор.
Для плавательных бассейнов, работающих летом при высоких значениях температуры возлуха Т, и интенсивности солнечного излучении в плоскости коллектора /, к у мало из-за малой разности температур ЬТ, и наиболее целесообразно использовать дешевые плоские коллекторы без остекления (в частности, пластмассовые). ОбластьА (у<0,03 м"С/Вт) соответствует применению солнечных коллекторов для обогрева плавательных бассейнов, Б (у=0,03 —:0,08 м' 'С/Вт) — для горячего водоснабжения и В (у~0,08 м' 'С/Вт) — лля отоплении. Для горячего водоснабжения требуется разность температур АТ= — 20 —:50'С, и чтобы прн средней н невысокой интенсивности солнечного излучения, скажем, 300— 500 т/м, давать полезную энергию, требуются неселективные коллекторы с олним-двумя слоями остекления П или селективный коллектор с однослойным остеклени ., рименение двух слоев остекления снижает тепловые потери, по одновременно увеличивает оптические потери.
Для отопления зданий требуется большая разность 34 темпе мператур ЬТ, которую могут обеспечить только высо„оэффективные коллекторы, например вакуумированные или плоские с селективнргм абсорбером. Объем промышленного производства солнечного оборудов дования в СССР явно не отвечает современным требованиям. В частности, солнечные коллекторы выпускаются на Братском заводе отопительного оборудования. Там производится плоский коллектор для нагрева жидкости, представляющий собой плоскую лучепоглощаюшу ую стальную панель с каналами для воды, помещенную в корпус с однослойным остеклением и тепловой изоляцией тыльной стороны абсорбера (рис. 14,а).
Габариты нты выпускаемого молуля КСЭ !530)(630)(98 мы, пло щадь лучепоглощающей поверхности абсорбера 0,8 м, 3 масса 50,5 кг (в стальном корпусе), стоимость 37 руб. Другими организациями — ПО «Спецгелнотепломоитаж» в г. Тбилиси, опытными производствами инстнтутоа КиевЗНИИЭП и ФТИ АН УЗССР в г. Ташкенте— в небольших количествах выпускаются КСЭ аналогичного типа (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
