ВОПРОСЫ ТЕОРИИ. И ИННОВАЦИОННЫХ РЕШЕНИЙ. ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ. ГЕЛИОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

ЭЛЕКГРОГЕЛИОНАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

Один из путей повышения эффективности солнечных установок заключается в использовании электрогелиона­гревателей (ЭГН), концепцию которых разработал акаде­мик Л. С. Герасимович [87].

Пленочные низкотемпературные нагреватели имеют ряд преимуществ. Их совмещение с технологическим обо­рудованием снижает общую стоимость и тепловую инер­ционность электронагревательного прибора, равномер­ность температурного поля на контактной поверхности теплообмена с термо лабильными элементами. Они могут использоваться качестве электронагревателей жидко­стей на фермах молодняка животных и в птицеводческих помещениях.

Технология изготовления пленочных электронагрева­телей (ПЭН) следующая: формирование корпуса; подготов­ка его к эмалированию; многослойное эмалирование; при­готовление в требуемом виде и дозирование ингредиентов, тщательное перемешивание, нанесение, сушка и термооб­работка; промежуточный контроль качества изоляции и сопротивления ПЭН; металлизация контактных элемен­тов; нанесение, сушка и обработка герметизирующего по­крытия; сборка и монтаж; испытание в рабочем режиме и технический контроль.

Для химически осажденного покрытия коэффициент термического расширения в интервале 20...2000 С равняет­ся 1,3*10-3 град-1, а для шликерного резистивного покры­тия 0,71*10-3град-1.

На основе указанной концепции была разработана кон­струкция солнечного коллектора, в котором теплоносите­лями являются стеклянные трубы с пленочным электро­проводящим покрытием [88].

Электрогелионагреватель может работать в трех режимах.

1. Солнечный режим работы ЭГН: солнечные лучи по­глощаются верхней частью резистивного покрытия и пере­даются теплоносителю.

2. Электрический режим: электрический ток, про­текая по поверхностно распределенному резистивному элементу, нагревает его. Полученная теплота передается теплоносителю.

3. Комбинированный режим: одновременно происходят процессы, описанные в первых двух режимах работы ЭГН.

Уравнение баланса энергии запишем для комбиниро­ванного режима работы электрогелионагревателей, по­скольку он учитывает и солнечный, и электрический ре­жимы. Один из них может быть получен «выключением» другого.

Для верхней части теплоприемной трубы

Чр+Чщ = Чщ +?Пі* (1.204)

Запишем выражения для определения каждого члена уравнения [88].

Линейный тепловой поток солнечных лучей, Вт/м, на теплопроводную трубу

др = тап£П1, (1.205)

где т - коэффициент пропускания прозрачной оболочки; ап - коэффициент поглощения резистивного покрытия;

Е - интенсивность солнечной радиации, Вт/м2; П1 - шири­на верхней части теплоприемной трубы, м.

ТТ ос» о о

Линеиныи тепловой поток от верхней части теплопри­емника при подключении к источнику напряжения

qHl =lR, fL, (1.206)

где 1г - сила тока на верхней части теплоприемника, А; іїх - электрическое сопротивление верхней части покры­тия, Ом:

Ri =1ї0(1 + (хТтіДі), (1.207)

где Rq - электрическое сопротивление покрытия при t = 0 °С:

Д0 = PoL/nv (1.208)

где р0 - удельное поверхностное сопротивление; ат - термический коэффициент сопротивления, град-1; tHi - температура покрытия на верхней части теплоприемника, °С', L — длина теплоприемной трубы с резистивным покры­тием, м; П1 - ширина верхней части покрытия, м. Учитывая, что

где 12 - сила тока на нижней части теплоприемника, А; П2 - ширина нижней части покрытия, м; tHi — температура ниж­ней части покрытия, °С.

Линейные тепловые потери от верхней части теплопри­емника в окружающую среду

?пх =^і, Пі(іСря1 — ^о)» (1.212)

где UL - полный коэффициент потерь от верхней части теплоприемника в окружающую среду, Вт/(м2-К); fcpJ? i - среднее интегральное значение температуры покрытия на верхней части теплоприемника, °С; tQ — температура окру­жающей среды, °С.

Линеиныи тепловой поток, передаваемый от верхней части теплоприемника к теплоносителю через стенки сте­клянной трубы:

<7 ^ - О’ t1'213*

где k — коэффициент теплопередачи от резистивного по­крытия к нагреваемой среде, Вт/(м2 К); іж - температура нагреваемой среды (жидкости), °С.

Аналогично определяется теплота, передаваемая от нижней части теплоприемника к нагреваемой среде:

4v2 =&П2(ін2 - іж)ш (1.214)

Линейные тепловые потоки от Солнца и электронагре­вателя, передаваемые теплоносителю в трубе,

4v = 4v1 + ?г2 • (1.215)

Определим тепловой КПД электронагревателя при раз­личных режимах:

- комбинированный нагрев

л=---------- ^----------- ; (1-216)

?пад + Я. Щ + Чн2

- нагрев только от Солнца

л=дг/?пад; (1.217)

- нагрев только от электричества

(1.218)

На базе ЭГН была изготовлена водонагревательная уста­новка, которая включала в себя: ЭГН, бак-аккумулятор, циркуляционный насос, трубопроводы и измерительную аппаратуру. Установка была смонтирована в Крыму. Про­изводственные испытания свидетельствуют о технологиче­ской пригодности и удобстве эксплуатации предлагаемой системы горячего водоснабжения за счет энергии солнеч­ного излучения.

Совмещение в одном элементе солнечного коллектора и резервного источника теплоты целесообразно также в ва - куумированных гелиоколлекторах, что уменьшает габа­ритные размеры системы и делает ее удобной в управлении. Следует подчеркнуть, что электрогелиоколлекторы могут быть использованы в дни, когда из-за сильной облачности или дождя эффективность работы солнечных систем ото­пления существенно уменьшается.