Применение солнечной энергии

ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИЙ ПОГЛОЩАЮЩЕЙ ПЛАСТИНЫ

Рифленая панель из оцинкованной стали. Первый сол­нечный коллектор Хейвуда для бытовых целей был установлен в его доме близ Лондона в 1948 г. и со­стоял цз двух листов оцинкованной стали с рифления­ми, расположенными зеркально друг относительно дру-

U)

га и образовавшими в продольном направлении восемь каналов для воды. Листы по краям были склепаны и спаяны, а вдоль верхней и нижней кромок были уста­новлены гидравлические коллекторы квадратного попе­речного сечения, соединенные с панелью. Верхняя по­верхность панели площадью немного меньше 1 м2 была покрыта черной матовой краской; панель установлена в деревянной раме, имеющей двойное остекление и теп­лоизоляцию днища. Несмотря на то что коллектор про­работал в обычной термосифонной системе в течение ря­да лет, Хейвуд отметил, что срок его службы оказался не велик [7].

Тем не менее Брейсовский научно-исследователь­ский институт успешно разработал модифицированный вариант первого коллектора Хейвуда [14]. Новый кол­лектор был сконструирован на основе дешевых мате­риалов, которые нетрудно найти даже в сравнительно отдаленных районах мира; он состоит из двух оцинкован­ных стальных листов толщиной 0,795 мм, один из которых имеет рифления и образует поглощающую поверхность. Эти два листа соединяются при помощи заклепок и пайки; рифленая поверхность окрашивается черной краской и панель укладывается в простой ящик из оцинкованной стали на слой теплоизоляции, в качестве которой было предложено использовать кокосовое волокно. Ящик на­крывается одним листом оконного стекла толщиной 3 мм; при этом между стеклом и боковыми стенками ящика по всему периметру остается трехмиллиметро­вый зазор для компенсации теплового расширения стекла. Этот зазор уплотняется с помощью кремниевой замазки. В качестве бака-аккумулятора используется бочка из-под нефти емкостью 204,6 л. При минимальном техническом обслуживании коллектор может прослу­жить около 5 лет, но, как сообщалось, несколько кол­лекторов в Барбадосе удовлетворительно проработали более 7 лет.

Панель из труб, присоединенных к металлическому листу. Австралийская научно-техническая организация по промышленным и исследовательским работам в 1964 г. опубликовала руководство по основам проекти­рования, изготовления и монтажа солнечных водонагре­вателей [12], краткое содержание которого было из­ложено в 1967 г. в работе [15]. В этом руководстве описана конструкция поглощающей пластины, состоя - 174

щей из труб, имеющих тепловой контакт с металличе­ским листом. В качестве предпочтительного металла на­зывается медь; каркас из медных труб диаметром 28 и 15 мм припаивается к медному листу толщиной около 0,45 мм. При этом вертикальные 15-миллиметровые тру­бы припаиваются твердым припоем к 28-миллиметро­вым горизонтальным трубам, представляющим собой гидравлические коллекторы. В руководстве рекоменду­ется изготавливать корпус коллектора из оцинкован­ной стали или асбоцемента. В Великобритании в на­стоящее время рекомендуется использовать несколько более толстые медные листы толщиной приблизительно 0,56 и 0,91 мм. Типичный каркас из труб показан на рис. 8.4. Этот каркас может присоединяться к плоскому

или рифленому листу. Расстояние между осями сосед­них труб рекомендуется принимать равным примерно 150 мм.

Хотя предпочтительным материалом является медь, можно использовать и оцинкованные стальные или алю­миниевые трубы и листы. Любой способ соединения, не обеспечивающий хорошего теплового контакта, как в случае пайки медных элементов, будет менее эффекти­вен. Наихудшим вариантом является простое крепление труб к листу проволочными стяжками, расположенны­ми на большом расстоянии друг от друга. Однако кол­лектор Мэтью [16], показанный на рис. 8.5, имел хоро­шие характеристики, хотя теоретически его конструкция

считается плохой, поскольку расстояние между прово­лочными стяжками составляет около 750 мм. В этом кол­лекторе оцинкованные трубы расположены горизонталь­но, но расстояние между ними меньше рекомендованно­го значения 150 мм.

Более частая установка стяжек позволит улучшить тепловой контакт, а укладка труб в полуцилиндрических выемках плоского листа дополнительно повысит КПД, особенно если зазоры между трубами и листом (при не­возможности пайки) заполнить каким-либо связующим материалом или наполнителем.

Как показано на рис. 8.6, вместо многотрубной си­стемы можно использовать змеевик. Такие змеевики при­меняются в некоторых серийно выпус­каемых панелях, но их использование ограничивается системами с принуди­тельной циркуляцией.

Промышленные стальные панель­ные радиаторы. Для использования в качестве поглощающей пластины солнечного коллектора легко приспо­собить стандартный серийно выпус­каемый стальной панельный радиатор. Если возможно, панель следует полу­чать до ее окончательной отделки, т. е. окрашивания в глянцевитый белый цвет, поскольку поглощающая поверх­ность должна быть покрыта обычной черной матовой краской. Подобная краска на поверхности панельного радиатора, накрыто­го одним прозрачным покрытием из майлара и впервые испытанного автором в 1968 г., не разрушилась за 8-лет эксплуатации [17]. Обратная сторона панели может быть оставлена белой. Обычно радиатор имеет четыре присоединительных патрубка, расположенных по углам панели. Входной патрубок холодной воды должен быть в нижней части панели, а нагретая солнечным теплом вода должна покидать панель через диагонально рас­положенный верхний патрубок, т. е. вода должна проте­кать от нижнего левого угла панели к верхнему право­му или от нижнего правого к верхнему левому. Не сле­дует подводить воду к обоим входным патрубкам пане­ли или отбирать нагретую воду из обоих верхних выход­ных патрубков, поскольку это может привести к сниже - 176

нию общего КПД коллектора. Например, в панели, включенной в термосифонную систему и имеющей два входных и два выходных патрубка, может установиться режим внутренней циркуляции потока. Окрашенный ра­диатор с присоединенными патрубками нужно устано - ! вить в корпусе, причем оребрение радиатора должно располагаться обычным образом, т. е. вертикально по отношению к горизонтальному гидравлическому коллек­тору, как показано на рис. 8.7. Панель будет работать и при повороте ее на 90°, но КПД при этом сильно умень­шится.

Простой лотковый коллектор-аккумулятор. Эффектив­но работающий коллектор можно изготовить из водоне - | проницаемого ящика с покатым днищем, как показа - I но на рис. 8.8. Это устройство является одновременно солнечным коллектором и баком-аккумулятором. Его ис­пользование особенно целесообразно в тех местах, где осуществляется снабжение только холодной водой. Этот коллектор не годится при низком уровне радиации или температурах окружающей среды, при которых возмож­но замерзание. При открывании регулирующего вентиля I поступающая холодная вода вытесняет нагретую воду I к более мелкому участку устройства. Покатое днище | ящика позволяет получить после кратковременного пе- I 12—1240 177

риоДа с высоким уровнем радиаций слой нагретой воды. В ящике коллектора под остеклением необходимо про­сверлить несколько небольших вентиляционных отвер­стий, чтобы свести к минимуму влияние запотевания стекла. Ящик рекомендуется изготавливать из армиро­ванной стекловолокном пластмассы, окрашенной черной матовой краской или накрытой листом бутила. В 1967 г.

Национальным научно-исследовательским строительным институтом в Претории был разработан и испытан уп­рощенный вариант коллектора с корпусом из оцинкован­ной стали, имеющим постоянную глубину и прямоуголь­ное поперечное сечение [18].