1598005380-0559a554b30469b1dfce4c2a23370a37 (811203), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Ес7ти сравнить приведенные выше характеристики зарубежных моделей с параметрами солнечных коллекторов, выпускаемых в СССР, в основном Братским заводом отопительного оборудования, то следует признать, что отечественные коллекторы существенно уступают зарубежным аналогам практически по всем показателям. Постаточно сказать, что их поверхностная плотность составляет 63 кг/мт, объем. каналов для теплоносителя — 4 л/мз, площадь — 0,8 мз. Применяемые материалы — обычное оконное стекло, шлаковата без гидроизоляции, простые конструкционные стали. Отсутствие специаль- ной антикоррозионной защиты штампосварной панели ограничивает срок эксплуатации коллектора в одноконтурных системах несколькими годами, иногда шестью месяцами в регионах с неблагоприятным химическим составом воды.
Использование коллекторов с такими поглошаюшими панелями в двухконтурных системах, позволяет увеличить срок эксплуатации до мирового уровня. Однако при этом сужается область применения коллекторов. В Энергетическом институте им. Г.М. Кржижановского были проведены испытания коллекторов БЗОО, целью которых было определение обшего коэффициента теплопередачи (теплопотерь) [41 Полученное в опытах значение 8 Вт/(м~ оС) показывает, что комплекс у для этого коллектора будет не ниже 7,6 Вт/(мз ° оС).
Совершенствуя продукцию, Братский завод осваивает технологию ИВТАНа нанесения селективного поглощаюшего покрытия типа "черный хром". Испытания образцов селективного коллектора, проведенные ЭНИНом, показали, что, несмотря на существенное снижение коэффициента теплопередачи— до 5,7 Вт/(м~. ос), значением все еше остается высоким по сравнению с зарубежными данными, поскольку тепловые потери через теплоизоляцию недопустимо велики. Из всего изложенного следует, что мировой уровень производства солнечных коллекторов может бьггь достигнут в СССР только в результате осушествления комплекса мероприятий и в первую очередь применения специальных высококачественных материалов. Поэтому при решении задачи модернизации выпускаемых и разработки новых коллекторов следует осушествлять параллельное освоение новых материалов и технологий.
Так, ведутся совместные работы с Государственным институтом стекла (ГИС) по освоению выпуска специализированного гелиотехнического стекла с низким содержанием окислов железа, упрочненного методом ионного обмена. Указанный метод, разработанный ГИСом, предусматривает двухчасовую обработку стекла в расплаве калиевой селитры при температурах 420 ...
490 оС. Это позволяет в 4 ... 4,5 раза повысить прочность стекла на изгиб н снизить его толщину с 4 до 2 мм без снижения надежности остекления коллектора. Повышение надежности поглошаюшей панели можно осуществить, например, применяя нержавеющую сталь, в частности экономно легированную. Освоение выпуска листов из нее толщиной 0,5 ... 0,8 мм представляет важную задачу. Разумеется, применение нержавеющей стали — не единственный путь повышения долговечности коллектора. За рубежом накоплен опыт применения пластмасс в качестве прозрачной изоляции, а также для изготовления поглошаюших панелей и корпуса.
К достоинствам пластмассовых материалов относятся высокая коррозионная 70 стойкость, малая масса, технологичность. Однако пластмассы имеют я много недостатков, как, например, низкая теплопроводность, низкая стойкость к взаимодействию ультрафиолетового излучения; низкая термостойкость. Пластмассовые коллекторы применяются в основном для нагрева воды в плавательных бассейнах, но используются также и в системах горячего водоснабжения и отопления, в комбинации с тепловыми насосами и для обеспечения технологических потребностей в тепловой энергии промышленных потребителей.
В качестве материала поглощающей панели применяют полисульфон, полипропилен, полиолефин, этиленпропиленовый мономер. Прозрачную изоляцию выполняют из поликарбоната, стабилизированного относительно ультрафиолетовых лучей. Поликарбонат и полипропилен используют также для изготовления корпуса коллектора. Улучшение тепловой изоляции может быть достигнуто переходом на пенополиизоляцианураты, причем перспективными являются вариант их заливки в корпус и изготовление специальных фольгированных или облицованных теплоизолирующих плит. Такая плита, вклеиваемая на герметике в легкую металлическую раму коллектора, образует легкий и жесткий корпус.
Опыт различных организаций (ЗНИН, ИВТАН, КиевЗНИИЭП„ КиевНИИСТ и др.) по разработке и изготовлению эффективных и долговечных коллекторов показывает, что создание коллектора, не уступающего мировому уровню, может быть реально осуществлено в течение 2 ... 3 лет. 3.2. ТРУБЧАТЫЙ ВАКУУЫНРОВАННЫй КОЛЛБКТОР В последние годы в СССР и за рубежом значительные усилия были направлены на создание таких коллекторов, которые бы обладали сравнительно высоким КПД (0,3 ... 0,5) при повышенных температурах С и более). Пля решения этой задачи используют различные способы снижения тепловых потерь коллектора в окружающую среду и повышения плотности потока солнечного излучения на поверхности теплоцриемника. Эффективное уменьшение тепловых потерь может быть достигнуто при совместн ом применении селективного поглощающего покрытия на поверхности приемника и глубокого вакуума в замкнутом пространстве, содержащем этот приемник тепла. Очевидно, что оболочка, ограничиваю я п ша риемник тепла, должна быть возможно более прозрачной по отношению к солнечному излучению.
При вакуумировании внутреннего пространства оболочки до давления р~ 10 Па перенос тепла конвекцией становится пренебрежимо малым и может 71 не учитываться [13, 2). Поскольку создание и сохранение требуемого уровня вакуума в коллекторах плоского типа технически затруднено, то в вакуумированных коллекторах в качестве оболочки обычно применяют цилиндрические трубки из стекла. Такие коллекторы называются трубчатыми (используемая в дальнейшем аббревиатура СТВК означает: солнечный трубчатый вакуумированный коллектор).
Расчеты и эксперименты показывают, что равновесная температура СТВК с селективным поглощающим покрьпием ( (, = 0,9, с = 0, 1) при уровне вакуума Рй 0,07 Па без концентрации солнечного излучения на теплоприемной поверхности ( гум 90007/м )может достигать 200 ОС [2, 12). В случае применения параболоцилиндрического концентратора [2) равновесная температура повышалась до 440 ОС, а затем падала до 260 ОС, что авторы атой работы объясняют ухудшением вакуума и оптических свойств селектнвного покрытия при 380 ... 400 ОС. Разработкой и изготовлением СТВК за рубежом занимаются такие известные Фирмы, как "Дженерал Электрик", *'Оуэнс Иллиноисо и оКорнинг Кортеко СИ]А; *'Санно", "Ниппон Электрик Гласов и вНитто Коки" Япония; "Филипс'* ФРГ; "Филко" Италия; "Термомаксо Ирландия и др.
Большой объем исследований в области СТВК выполняется также в Сиднейском университете (Австралия). Существующие конструкции СТВК следует разделить на 2 группы в зависимости от того, нз какого материала сделан теплоприемник— металла или стекла. В случае металлического теплоприемника характерной особенностью конструкции является наличие вакуумно-плотного спая металла со стеклом. При изготовлении теплопрнемника из стекла необходимость в спае "металл-стекло" отпадает.
В этом случае оптимальной с технологической точки зрения конструкцией является стеклянная колба типа сосуда Дьюара (табл. 3.4). При атом селективное поглощающее покрытие наносят на наружную поверхность внутренней трубки, а пространство между трубками колбы вакуумируют. Существует несколько вариантов отвода полезной теплоты из колбы (рис. 3.4). В коллекторе оОузнс Иллинойс" (поз. П А) теплота отводится вынужденным потоком теплоносителя, который находится в непосред- 3.4. хгчжктервтае раэмерм вакуумвровавных колб жпм соотла дьажра длина погпощюощей трубы, м Фирма, страна, литературный источник Наружный диаметр колбы/наружный диаметр поглощаю- щей трубы (мм/мм) 53/43 50,8/- 1,07 134 38/30 1гзз "Оуэн Иллинойс" (Салрак), США (М] "Дженерал Электрик" (ТС100), США (!9] Сиднейский университет, Австралия (17, 18] КВАНТ, СССР 170] рвс.3.4.
Верленам оттил]а заливы от СТВК 1 — Дьюарс теплоноситель в стекле: А — 'Оуэнс Иллинойс"," Б, В, à — разработки Сидней- ского университета; 1 — колба; 3- перегородкаг 3 — муфта; 4 — гидравлический коллектор Д вЂ” Дьюар; теплоносгпель в металлическом устройствк А — цилиндрическое ребро (" дженерал Электрик" ); Б — тепловая труба в теплопроводной пасте (ФТИ АН УЗССР); Ш вЂ” Спей металл-стекло: А — 11-образная труба ("Кернинг Кортек", "Ниппон Электрик Гласе", "Шарп");Б -труба в трубе;  — тепловая труба (" Филипс", Филко", "Термамекс", "Ниппон Электрик Гласе", "Санно"); à — лрглсоток, спей с двух торцов ("Санно") 73 отвеинам контакте со стенкой трубки, поглощающей подающее солнечное излучение.
При этом термическое сопротивление переноса теплоты от поглошающей поверхности к жидкости и разность темпера. тур последних невелики, что положительно влияет на КПД коллектора э1 . Чем больше указанная разность температур, тем при прочих равных условиях выше потери теплоты от коллектора в окружающую среду и меньше т1. Существенным недостатком этой и подобных ей конструкций, предложенных Сиднейским университетом [31), является возможность утечки теплоносителя из коллекторного контура при повреждении или разрушении хотя бы одной из колб.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
