Жилые дома с автономным солнечным теплохладо - снабжением

СВОЙСТВА СЕЛЕКТИВНО-ПОГЛОЩАЮЩИХ ПЛЕНОК

В последнее время поверхность тепловоспринимающих пане­лей большинства коллекторов стали оснащать так называемы­ми селективно-поглощающими пленками с целью улучшить по­глощение солнечных лучей и снизить теплопотери в результате излучения. Благодаря этому достигается значительное повыше­ние коэффициента полезного действия коллектора. Раньше обработка поверхности солнечных панелей состояла в окрашива­нии их в черный цвет, причем особенно удачным считалось покрытие предварительно полированных металлических плит слоем газовой сажи, вследствие чего коэффициент поглощения солнечного излучения ocs возрастал до значений более 0,96.

Как известно, всякое физическое тело, имеющее собственную абсолютную температуру Т, излучает тепло в окружающую сре­ду, причем количество излучаемого тепла пропорционально коэффициенту излучения £ поверхности тела. Абсолютно чер­ное тело имеет коэффициент излучения 1, а у черной краски Этот коэффициент близок к 1. По мере нагревания солнечной па­нели увеличивается количество тепла, теряемого панелью за счет теплового излучения с ее поверхности в окружающее прост­ранство, и снижается коэффициент усвоения тепла.

Однако, если отполировать поверхность медной или алюми­ниевой пластины, то при той же температуре теряется лишь 1/10 часть энергии, испускаемой черным телом, и коэффициент излу­чения становится равным весьма малой величине - всего 0,1. Следовательно, если создать такую поверхность, которая обла­дала бы, подобно черному телу, коэффициентом поглощения 1 только в спектральной области солнечного излучения (от 0,3 до 3 мкм), а само излучало бы немного, подобно отполированной металлической поверхности, имеющей малый коэффициент излучения в длинноволновой области спектра с максимумом излучения при длине волны 10 мкм, то мы получили бы идеаль­ную тепловоспринимающую поверхность, которая обладала бы нужными селективно-поглощающими свойствами. Более 30 лет назад проф. Табор в Израиле впервые создал подобную селектив­но-поглощающую пленку. С тех пор научные разработки в этом направлении значительно продвинулись вперед. О разработке такой селективно-поглощающей пленки и технологии придания ей необходимых свойств будет далее рассказано подробно.

Как показано на рис. 2.13, на металлическую полированную поверхность с низким коэффициентом излучения наносится

Тонкий слой черного оксида меди, черного хрома или оксидов других металлов либо покрытие из полупроводников. Коротко­волновое солнечное излучение активно поглощается черной пленкой и на поверхности металлической плиты преобразуется в тепловую энергию, с другой стороны, вследствие наличия под тонкой пленкой поверхности с малым коэффициентом излуче­ния длинноволновое излучение практически не испускается тепловоспринимающей пластиной и лишь незначительная его часть отражается от полированной поверхности. Структура такой пленки в действительности очень сложна, и требутся большое мастерство при ее изготовлении, но принципиальная схема соответствует приведенной.

Говоря о селективных свойствах пленки, следует отметить, что в ее структуре обязательно должна присутствовать металли­ческая полированная подложка, так как одной лишь пленкой Желаемый тепловой эффект не может быть достигнут.

РИС. 2.13. СТРУКТУРА СЕЛЕКТИВНО-ПОГЛОЩАЮ­ЩЕЙ ПЛЕНКИ

1 — солнечное излучение (коротковолновое); 2 - низко­температурное излучение (длинноволновое); 3 —плен­ка из черных полупроводников; 4 — полированная отражающая поверхность; 5 — металлическая под­ложка

Обычно у строительных материалов коэффициент поглоще­ния солнечного излучения <Xs и коэффициент собственного теплового излучения поверхности є различны, поэтому среди них найдется немало материалов с селективными свойствами. Например, у готового гипса as низкий - 0,2-0,4 (а коэффициент отражения солнечного излучения р s высокий); £ составляет более 0,9, т. е. близок к абсолютно черному телу, и этот материал, следовательно, неприемлем для изготовления коллекторов.

На рис. 2.14 представлены плотность потока солнечного излучения в зависимости от длины волны, а также спектраль­ные распределения коэффициентов отражения поверхности, окрашенной в черный цвет, и селективно-поглощающей пленки. Поскольку солнечное излучение характеризуется длинами волн, не превышающими 3 мкм, а коллектор, нагреваемый до 100°С, испускает излучение, в основном лежащее в интервале длин волн 3-30 мкм, то в этом случае можно использовать теоре­тическую возможность создать поверхность коллектора, опти­чески селективную по отношению к разным длинам волн.

Итак, если рассматривать оптические свойства поверхности относительно одной определенной длины волны, то справедли­во соотношение: «А. = Јk, ak - 1 ~РА,-

В настоящее время при изготовлении селективно-поглощаю­щих пленок для медных пластин используют черный хром и оксид меди; покрытия из оксида алюминия получают на алюми­нии методом электрохимического анодирования. Селективны­ми свойствами обладает окрашенная сталь и др. Многие из этих материалов имеют «5 = 0,9-0,94; £ = 0,1-0,15. Недавно появились также красители с селективно-поглощающими свойствами; их в

РИС. 2.14. СОЛНЕЧНЫЙ СПЕКТР И ОСОБЕННОСТИ СПЕКТРАЛЬНОГО ОТРАЖЕНИЯ СЕЛЕКТИВНО-ПОГЛО - ЩАЮЩЕИ ПЛЕНКИ И ЧЕРНОГО ПО­КРЫТИЯ

£д плотность потока излучения, Вт/ /(Mj-Mkm); 1 - воздушная масса 2, назем­ный солнечный спектр; R - коэффициент отражения; 2 - спектральное отражение при нанесении на коллектор селективно - поглощающей пленки: oCs = 0,933; 1*0,1; 3 — спектральное отражение по­верхности с черной краской: сс - 0,96; £ = = 0,96; 4 — особенности распределения отражения; А - длина волны, мкм

Основном используют для водонагревателей с низкой темпера­турой теплоносителя, в связи с чем при значениях є = 0,3-0,4 теп - лопотери за счет излучения не очень велики.