Диссертация (Процессы тепломассопереноса и гидравлические режимы в плоском солнечном коллекторе с меандрообразными тепловоспринимающими трубками для систем отопления), страница 4

Возвращаясь по среднему каналу, теплоносительполучает «захваченное» в вакуумной трубке солнечное тепло и уносит его всистему отопления или горячего водоснабжения объекта (Рисунок 1.4 [41]).19  Рисунок 1.4 - Принцип работы вакуумного солнечного коллектора с прямойтеплопередачей воде с конструкцией «труба в трубе»Еще одна разновидность данного типа коллекторов имеет U-образныетрубки. В вакуумной трубке/разряженной трубке солнечного водонагревателя,покрытой абсорбером, солнечный свет трансформируется в тепловую энергию,затем пластина и U-образные медные трубки передают нагретую жидкость врабочую среду/теплообменник.

Нагретая жидкость затем циркулирует потеплообменнику и отдает свое тепло воде в баке-накопителе (Рисунок 1.5 [42]).Рисунок 1.5 - Вакуумный солнечный коллектор с прямой теплопередачей воде сконструкцией с U-образной трубойДостоинства установок данного типа.Благодаряцилиндрическойформетрубоквсехтиповвакуумныхколлекторов солнечные лучи падают на их поверхность перпендикулярно к оси20  трубки. Это приводит к получению большей энергии с единицы теплоприемнойповерхности, даже если солнце и светит под «неудобным» углом, например, вовремя захода и восхода. Данные трубки не упускают даже рассеянное солнечноеизлучение.К преимуществам вакуумного коллектора с прямой передачей водеотносится непосредственная передача тепла воде без участия других элементов.Данная система обеспечивает минимальное гидравлическое сопротивление.

Ноосновным преимуществом данного устройства остается низкая стоимость совсеми выгодами коллектора с вакуумными трубками.Недостатки установок данного типа.Из-за своей конструкции данные устройства подсоединяются напрямую ксети горячего водоснабжения, поэтому в качестве теплоносителя в даннойсистеме нужно использовать воду. Из-за этого данные типы коллекторовнеобходимоиспользоватьсезонно(апрель-октябрь).Дальнейшееихиспользование невозможно за счет вероятности замерзания жидкости внутритрубок и дальнейшего повреждения прибора. Использование этих коллекторовнаиболее выгодно в регионах где нет отрицательных температур.

В этом случае,их установка окупается меньше чем за сезон. Поскольку данный вид коллектораработает исключительно без давления (не допускается давление в баке более 0,2атмосфер),топодключениеданногооборудованиякмагистральнымтрубопроводам возможно только с использованием понижающего редуктора илиоткрытого бака с поплавковым механизмом. Поэтому, если на выходе необходимнапор (например, для работы сантехнических приборов - кранов, санузла и т.п.),после солнечной водонагревательной установки нужно ставить гидроаккумулятор(насос с резиновым баком), рассчитанный на работу с горячей водой, что в своюочередь приведет к удорожанию системы.

Также к недостаткам можно отнести ивозможность откладывания солей и другие загрязнения на внутреннихповерхностях трубок при повышенной жёсткости или загрязненности воды. Этоможет привести к ухудшению поглощающих свойств вакуумных трубок. Крометого если трубка данного коллектора разобьется, то происходит утечка воды.21  1.3 Вакуумный коллектор с прямой теплопередачей воде и встроеннымтеплообменником (Рисунок 1.6 [43]) имеет все преимущества и особенностипредыдущего типа коллекторов.

Отличием является наличие встроенного в бакэффективного теплообменника, что позволяет подсоединить коллектор с баком кнапорной сети водоснабжения. При этом в трубках по-прежнему практически нетдавления.К баку солнечного коллектора системы под давлением, подключаетсяводопроводная сеть. Таким образом, система не нуждается в насосе, так как игорячая - разогретая коллектором вода находится под давлением.Внутри бака для воды этой системы расположен замкнутый, заполненныйтеплоносителемтеплообменник.Засчеттеплопередачеоттрубок-теплообменнику в форме спирали - змеевика, значительно увеличивается площадьтеплоотдачи воде, которая находится внутри бака. Снаружи бак обшиттеплоизоляцией.Рисунок 1.6 - Принцип работы вакуумного солнечного коллектора с прямойтеплопередачей воде и встроенным теплообменником: 1 – дренаж; 2– подачахолодной воды в коллектор; 3 – бак коллектора; 4 – теплообменник коллектора; 5– воздухоотводчик; 6 – подача горячей воды в бак-аккумулятор; 7 – подачагорячей воды в сеть; 8 –бак-аккумулятор; 9 – поступление холодной воды в бакаккумулятор; 10 –циркуляционный насосДостоинства установок данного типа.Водонагревательный контур можно заполнить незамерзающей жидкостью ипользоваться коллектором при температуре до минус 65 оС (в зависимости от22  характеристик незамерзающей жидкости).

Другим преимуществом является то,что в коллекторе не откладываются соли жесткости и другие загрязнения, так какобъем теплоносителя один и тот же, а расходуемая вода проходит только повнутреннему медному теплообменнику. Кроме того, нагревательный контур ивторичный контур гидравлически развязаны, что исключает воздействиегидравлического удара на вакуумные трубки.Недостатки установок данного типа.За счет своей конструкции данный тип коллекторов несколько дороже, чемпредыдущий тип коллекторов. Конструкция данного коллектора также неисключает утечки теплоносителя в результате разбивания трубки.1.4 Вакуумный коллектор с тепловыми трубками (Рисунок 1.7 [44]) - этоболее сложный тип коллектора.

Термотрубка – это закрытая медная труба снебольшим содержанием легкокипящей жидкости. Под воздействием теплажидкость испаряется и забирает тепло вакуумной трубки. Пары поднимаются вверхнюю часть – головку, где конденсируются и передают тепло теплоносителюосновного контура водопотребления или незамерзающей жидкости отопительногоконтура.

Конденсат стекает вниз, и все повторяется снова. Передача теплапроисходит через медную "гильзу“ приемника (Рисунок 1.8 [40]).Рисунок 1.7 - Вакуумный солнечный коллектор с тепловыми трубкамиТепловая трубка вставляется в стеклянную трубу и фиксируется междудвумя алюминиевыми ребрами.

Форма ребер такова, что площадь их контакта с23  тепловой трубкой и внутренней поверхностью вакуумной трубы максимальна.Такая модель ребер обеспечивает максимальную передачу тепла к меднойтепловой трубке, а потом теплоносителю в проточном теплообменнике.Обычно испарение начинается при температуре трубки более 30 °С, такимобразом при низких температурах трубка "запирается" и не происходит потерьтепла через коллектор (например ночью или в пасмурную погоду).Также существует разновидность данного типа солнечного коллектора укоторойвверхнейчастирасположенбак-аккумулятор(наподобиевышеописанного). Наконечники трубок вставляются непосредственно в бак,благодаря чему происходит теплообмен между двумя контурами.Рисунок 1.8 - Принцип работы вакуумного солнечного коллектора с тепловымитрубкамиДостоинства установок данного типа.КПД данных устройств может достигать 85 %.

В данном типегелиоустройства отопительный контур отделен от трубок, при поврежденииоднойтрубкиколлекторпродолжаетработать,непроисходитутечкитеплоносителя. Процедура замены трубок очень проста, при этом нетнеобходимости сливать незамерзающую смесь из контура теплообменника.Благодаря тепловым трубкам эти коллекторы могут работать и в зимнее время.Солнечный коллектор с тепловыми трубками лучше усваивает рассеянное24  солнечное излучение, поэтому при высокой облачности он намного эффективнее,чем другие солнечные коллекторы.Недостатки установок данного типа.Вакуумный солнечный коллектор с тепловыми трубками стоит гораздодороже других типов солнечных коллекторов. Наибольшую стоимость имеетгелиоустановка такого типа с баком.

Одним из главных недостатков данныхколлекторов является образование наледи на наружной стороне вакуумныхтрубок в зимнее время. В отличие от плоских солнечных коллекторов, где наледьустраняется за счет потерь тепла через стекло, в устройствах с тепловымитрубками необходимо проводить очистку вручную.1.5 Воздушный солнечный коллектор (Рисунок 1.9 [45-47]) - главныйэлемент системы воздушного солнечного обогрева.

Его конструкция оченьпроста. Теплоизолированная снизу зачерненная поверхность является дномплоского ящика. Сверху этот ящик закрыт стеклом или другим прозрачнымматериалом (в настоящее время часто применяются двухслойные пластиковыепокрытия). Видимый свет поглощается зачерненной поверхностью, нагревает ее, аона, в свою очередь, нагревает воздух в коллекторе. Нагретый воздух подается впомещение.Рисунок 1.9 - Принцип воздушного солнечного коллектораВоздушныйсолнечныйколлекторневозможнорассматриватькакальтернативу гелиосистемам с жидким теплоносителем, поскольку с их помощью25  проблематично реализовать подогрев воды и интеграцию в традиционныесистемы отопления. Однако с их помощью можно добиться значительнойэкономии энергоресурсов при применении в системах воздушного отопления.