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

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ СОЛНЕЧНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ

3.2.1. Солнечные коллекторы с естественной циркуляцией теплоносителя

При проектировании гелиосистем удобно пользоваться удельной производительностью гелиоколлектора, то есть количеством теплоносителя, которое нагревается одним квадратным метром лицевой поверхности гелиоколлек­тора до заданной температуры на протяжении суток при определенных условиях поступления солнечной энергии. Поэтому в последующем изложении расход теплоносителя, полученную тепловую энергию и другие характеристики будем относить кім2 гелиоколлектора.

Суточное поступление теплоты от 1 м2 гелиоколлектора

Qcyr ~^тнстн(1 Є IKP )Vc

Время после восхода Солнца т2, на протяжении которо­го теплоноситель нагревается до заданной температуры t3ad, зависит от значения этой температуры, интенсивности сол­нечной радиации и характеристик гелиоколлектора. При синусоидальном законе изменения интенсивности солнеч­ной радиации на протяжении светового дня

(1.18)

где взад =9'зад/^'тах " относительная избыточная заданная температура.

В результате симметричности синусоиды считаем, что

Если учесть возможную облачность с помощью коэффи­циента солнечного сияния |/с, то длительность работы сол­нечного коллектора

АТраб=Х1/сАт - (!-21)

В формулах (1.17)-(1.21) приняты обозначения: i1 - вре­мя, определяемое от появления Солнца, ч; тс - длитель­ность светового дня; t3ad и tH - соответственно заданная тем­пература и температура наружного воздуха; &зад - заданная избыточная температура; $тах - максимальное значение избыточной равновесной температуры неподвижного те­плоносителя; GTH~ расход теплоносителя; NrB - равновес­ная теплофизическая характеристика коллектора; |/с - ко­эффициент солнечного сияния.

Формулу для обозначения Q„,„ удобно представить так,

сути

чтобы в ее состав входили только относительные значения избыточных температур

После интегрирования в заданных пределах получим

QcyT = ^тнудСтн (1 - e_JVrKp )|/c9max —5-[cos(arcsin Эззд) - 9ВХ arccos Эзад ]. Учитывая, что cos(arcsin 9зад) = %/l-Ззад, имеем

Масса нагретой воды, которая поступила в бак от каждо­го квадратного метра гелиоколлектора во время его работы,

2т -

туд =^ТНудАТраб = —^-^тнУс аГССОБЭзад• (1.24)

С другой стороны, количество удельной теплоты, кото­рая поступила с горячей водой в бак теплового аккумуля­тора во время работы гелиоколлектора, можно выразить через температуру воды в баке без учета тепловых расходов

Решая совместно уравнения (1.23) и (1.25) с учетом за­висимости (1.24), получим

Озад - Овх = (1 - Є"*"* )(L3 - Эвх )

АТ _ ^ПС-^ГК с _

•‘>ГКр - п S — г

СгТнСТН СгТНеТН

Подставив значение NrKp в уравнение (1.27) и решив его относительно расхода теплоносителя, найдем оптимальное значение

Если удельный расход теплоносителя больше, чем (стнуд)0 , то средняя температура воды, которая поступила

в бак во время работы гелиоустановки, будет ниже задан­ной. Если же удельный расход теплоносителя меньше, чем (С? ТНуД ) , то средняя температура воды, которая накопилась в баке, будет выше заданной. Потребитель же получит воду с заданной температурой, так как смеситель добавит такое количество холодной воды, чтобы температура выданной воды имела требуемое значение. Однако суммарное коли­чество горячей воды с заданной температурой будет мень­ше, поскольку гелиоколлектор работал при повышенной температуре и его коэффициент использования солнечной энергии снизился.

Подставив значения (СТнУд )0 в формулу (1.24), получим

(1.29)

L9 — Эзад

Если продолжительность светового дня измерять в ча­сах, а теплоемкость воды принять стн = 4190 ДжДкг’К), то удельную суточную производительность гелиоустановки, кг/(м2,сут), можно вычислить по формуле

/Пуд =0,547т|гу

L$ — Озад

где T|j, y— коэффициент, который учитывает расход теплоты из магистрали и бака-накопителя, а также влияние тепло­вой инерционности гелиоколлектора.

Если трубы и стенка бака теплоизолированы, то при расчетах продуктивности установки можно принимать

г|гу = 0,88...0,94.

В уравнениях (1.22)—(1.30), кроме указанных выше, приняты обозначения 9сут - суточный удельный тепловой поток, Вт/м2; Звх - относительная избыточная температура на входе.