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

Эксплуатационная надежность

В СССР около 80 % всего количества солнечных коллек­торов производилось на заводах «Сибтепломаш» (Братск) и «Спецгелиотепломонтаж» (Тбилиси). На рис. 3.20 пред­ставлены результаты анализа коррозионных повреждений первых партий коллекторов завода «Сибтепломаш» с не-

завода « Сибтепломаш »: 1,3- с неселективным; 2 - с селективным покрытием; завода « Спецгелиотепломонтаж »: 4,5 - с неселективным покрытием

селективным покрытием на примере солнечно-топливной котельной в г. Анапа [92].

Причинами высокой повреждаемости солнечных кол­лекторов являлись неудачная конструкция прозрачной изоляции и неустойчивость лакокрасочного покрытия корпуса к условиям морского климата. В данных коллек­торах применялось стекло толщиной 5 мм, не выдержива­лись его зазоры в корпусе, герметизация была выполнена полимеризующейся мастикой (герленом). Коррозионные повреждения теплопоглощающих панелей происходили из-за попадания атмосферной влаги через трещины стекла, намокания теплоизоляции (минеральной ваты) и после­дующего воздействия ее на металл поглощающей панели. В Краснодарском крае из 900 шт. солнечных коллекторов
братского завода с лакокрасочным покрытием теплопогло­щающей панели, установленных в 1987-1990 гг., в настоя­щее время в эксплуатации не осталось ни одного коллек­тора. Их фактический срок службы составил, в среднем, 5 лет. Дефекты коллекторов завода «Сибтепломаш» с се­лективным покрытием «черный хром» и усовершенство­ванной прозрачной теплоизоляцией (толщина стекла 4 мм, уменьшены зазоры между стеклом и корпусом), имеют разный характер при анализе за 2 года и за 12 лет наблюде­ний (на примере солнечно-топливной котельной в г. Тима - шевск) [93]. Повреждения лакокрасочного покрытия кор­пуса в условиях отсутствия воздействия морского климата свидетельствует о его низком качестве. Теплоизоляции смещена в нижнюю часть корпуса и намокает из-за неплот­ности крепления стекол (полимеризация и растрескивание уплотнительной мастики). Данный коллектор по факти­ческому сроку службы не соответствовал стандарту СССР [24]. В настоящее время в Краснодарском крае эксплуати­руется только одна гелиоустановка в г. Тимашевск, имею­щая 342 солнечных коллектора с селективным покрытием завода «Сибтепломаш», разработанная и построенная под руководством автора этой книги.

На рис. 3.20 также представлены результаты анализа повреждений за 2 года и 12 лет эксплуатации солнечных коллекторов завода «Спецгелиотепломонтаж» (Тбилиси) с неселективным покрытием (черная эмаль с добавлением сажи) на примере гелиоустановки в Краснодаре. Данные коллекторы имеют корпус с обечайкой из алюминиевого профиля, при этом тыльная сторона теплоизоляции выпол­нена из фанеры толщиной 4 мм, что и определило их мас­совые повреждения уже через 3 года. Соответственно по­вреждалась и теплоизоляция - пенопласт, который к тому же деформировался от нагрева с уменьшением толщины на 20 % в местах контакта с корпусом. Коррозионные повреж­дения теплопоглощающих панелей являлись следствием проникновения влаги через трещины в стекле. С учетом изложенного, по фактическому сроку службы данная кон­струкция также не соответствует стандарту [24]. В Красно­дарском крае в 1988-1992 гг. было установлено 7700 шт. (4620 м2) коллекторов завода «Спецгелиотепломонтаж», из которых в 2002 г. работало 2640 шт. (1584 м2), что со­ставляет 34,3 %.

Из российских производителей солнечных коллек­торов в Краснодарском крае наиболее широко с 1994 г. представлен Ковровский механический завод (КМЗ), кол­лекторы которого разработаны ведущим конструктором А. А.Лычагиным, испытаны на стенде Энергетическо­го института им. Кржижановского под руководством Б. В.Тарнижевского. Они выпускались в следующих модификациях:

- № 1 с поглощающей панелью из латунных трубок с литыми алюминиевыми ребрами, корпусом из ста­ли, теплоизоляцией листовым пенополиуретаном в полиэтиленовой оболочке, стеклом с креплением угловым алюминиевым профилем (1994-1997 гг.);

- № 2 с поглощающей панелью из латунных тру­бок со стальными ребрами, остальные конструк­тивные решения аналогичны модификации №1; (1998 г.);

- № 3 с поглощающей панелью из латунных трубок со стальными ребрами, стальным корпусом, теплоизо­ляцией из полостей пергамина, с покрытием тыль­ной стороны окрашенными древесно-волокнистыми плитами, стеклом с креплением плоскими планка­ми (1999-2002 гг.)

В соответствии с договором о сотрудничестве между КМЗ и Краснодарской лабораторией энергосбережения и нетрадиционных источников энергии Академии комму­нального хозяйства (Москва) с 1995 г. проводились эксплу­атационные испытания всех моделей коллекторов завода в натурных условиях. При обследовании 1230-ти солнечных коллекторов модели № 1, работающих с 1995 г. установле­но следующее:

- теплопоглощающие панели имеют незначительный процент (менее 1 %) выхода из строя, срок службы лакокрасочного покрытия не превышает 5 лет (вы­горание, отслаивание от алюминиевых ребер);

- до 10 % повреждений стекол (не выдержаны зазоры, некачественное стекло), 28 шт. болтовых соедине­ний крепления стекла на одном коллекторе затруд­няют его замену;

- некачественное лакокрасочное покрытие корпу­са коллекторов, особенно тыльной стороны те­плоизоляции (50-60 % повреждений после 5 лет эксплуатации);

- отсутствие элементов крепления коллекторов к опорным металлоконструкциям; низкое качество резинотканевых патрубков и хомутов (до 30 % повреждений).

С учетом изложенного Ковровским заводом с участием автора были разработаны новые конструкции солнечных коллекторов № 2, 3. При обследовании 650-ти коллекторов модели № 3 за период с 1999 г. установлено следующее:

- эксплуатационные испытания не выявили суще­ственного снижения КПД (более 5 %);

- теплопоглощающие панели со стальными ребрами не имеют повреждений лакокрасочного покрытия;

- количество повреждений стекла незначительно (до 1 % );

- отсутствуют повреждения лакокрасочного покры­тия стальных элементов корпуса;

- на отдельных коллекторах отмечено отвисание пер­гамина на тыльной стороне теплоизоляции.

Приведенные материалы обследования солнечных кол­лекторов Ковровского завода имеют малый срок наблюде - ний (до 7 лет) и не позволяют сделать обоснованное заклю­чение о соответствии российскому стандарту [34].

В результате проведенного анализа можно сделать сле­дующие выводы:

1. Для выполнения одного из основных требований государственного стандарта - заданного срока службы сол­нечных коллекторов - необходимы систематические на­блюдения за их эксплуатацией и обработка результатов по определенной методике.

2. Эксплуатационные испытания в течение не менее 10 лет солнечных коллекторов, выпущенных основными производителями СССР, показали, что фактический срок службы коллекторов ниже требуемого по стандарту СССР и заводского паспортного.

3. Обработка данных многолетних испытаний солнеч­ных коллекторов различных производителей позволили установить следующие требования к их основным кон­структивным элементам:

- теплопоглощающая панель и корпус должны быть выполнены из коррозионностойких материалов;

- при площади коллектора до 1 м2 оправдано приме­нение оконного стекла толщиной 3 мм. При его кре­плении должны быть выдержаны зазоры для тепло­вого расширения;

- материал теплоизоляции коллектора при намока­нии не должен проявлять коррозионных свойств по отношению к материалам поглощающей панели и корпуса;

- резинотканевые и резьбовые (стальные) соедине­ния коллектора между собой не обеспечивают их герметичности;

4. Среди солнечных коллекторов российских произ­водителей высокими эксплуатационными показателями обладают коллекторы Ковровского механического заво­да (модель № 3). Стандартный срок службы этих коллек­торов может быть обеспечен при выполнении корпуса из коррозионностойких материалов и усовершенствования узлов соединения патрубков.