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

Разработка оптимальной конструкции

В результате обобщения многолетнего опыта эксплуа­тационных испытаний нескольких тысяч солнечных кол­лекторов различных производителей в 1989 г. был выпол­нен анализ патентных исследований, а также разработан проект технического задания на конструкцию солнечного коллектора для систем солнечного теплоснабжения. Дан­ный проект содержал следующие требования к конструк­ции коллектора:

- теплопоглощающая листотрубная панель площа­дью 1,5-2,5 м2 с трубками из коррозионностойких материалов. Материал листа определяется техноло­гией соединения с трубками. Удельный объем кана­лов панели 1,5-2,3 л/м2. Покрытие - селективное лакокрасочное;

- прозрачная изоляция с пропускательной способ­ностью 0,9, содержание железа низкое, толщина 2-4 мм;

- тепловая изоляция с удельной массой 30 кг/м3, об­щий коэффициент тепловых потерь 5,8 Вт/(м2 ч-К), максимальная температура нагрева 100 °С, отсут­ствие токсичных компонентов при нанесении и эксплуатации;

- корпус из коррозионностойких материалов, жест­кий и технологичный.

После утверждения указанного технического задания в 1990 г. была разработана конструкторская документация, изготовлена опытная партия (три модификации солнечно­го коллектора) и выполнены натурные испытания на спе­
циально сооруженном стенде. Все коллекторы имели раз­меры 800x2000x100 мм и по 2 патрубка для теплоносителя. Корпусы выполнялись из алюминиевого профиля ПАС - 154. На рис. 3.21 приведены модификации конструкций солнечных коллекторов, различающихся материалами, конфигурацией и сечением теплопоглощающих панелей:

№ 1 - алюминиевый лист со змеевиком из медной труб­ки диаметром 18 мм;

№ 2 - алюминиевый лист с решеткой из латунной труб­ки с диаметрами 16 мм и 25 мм;

№ 3 - алюминиевый лист с трубчатой решеткой из не­ржавеющей стали с диаметрами 16 и 42 мм.

Рис. 3.21.

Солнечные коллекторы конструкции Краснодар­ской лаборатории АКХ

Поверхность поглощающей панели покрывалась се­лективной черной краской, применяемой ППО «Спецге­лиотепломонтаж» (Тбилиси). В качестве теплоизоляции применен пенопласт толщиной 40 мм, защитный слой - из гетинакса. Стекло толщиной 4 мм герметизировалось резиной.

На основании исследований, содержание которых изло­жено в предыдущих разделах данной главы, разработана следующая концепция солнечного коллектора. При соот­ветствии теплотехнических характеристик, срока службы и иных параметров солнечного коллектора государствен­ному стандарту, его оптимальная конструкция должна быть конкурентоспособной традиционным энергоисточни­
кам по стоимостным и энергетическим характеристикам. В частности, количество энергии, выработанное за срок службы коллектора с учетом ее энергетической ценности, должно существенно превосходить количество энергии, за­траченное на его изготовление и эксплуатацию.

С 1996 г. совместно с Ковровским механическим заво­дом ведется работа по совершенствованию конструкции плоского жидкостного солнечного коллектора с учетом установленных аналитических зависимостей. В 1999 г. реа­лизована и запущена в производство модификация солнеч­ного коллектора № 3. В данной модификации изменены следующие элементы и детали базовой модели:

- в конструкции поглощающей панели взамен на­плавленных на латунные трубки алюминиевых ре­бер применены листовые стальные штампованные с соединением методом контактной сварки. При сни­жении КПД поглощающей панели на 2,5 % ее стои­мость уменьшилась на 52 %;

- теплоизоляция из пенополиуретана заменена на пустотелые короба из пергамина. При увеличении тепловых потерь коллектора на 18,8 %, стоимость теплоизоляционной конструкции уменьшилась в 3 раза;

- при изменении конструкции крепления стекла в корпусе с уменьшением количества болтовых соеди­нений в 7 раз стоимость данного узла сократилась на 50 %, а количество повреждений стекла при эксплу­атации уменьшилось на 30 %.

Таким образом, в соответствии с разработанными мето­дическими принципами и аналитическими зависимостя­ми Ковровским механическим заводом освоен выпуск кон­струкции солнечного коллектора, имеющей оптимальное для российского рынка соотношение стоимостных и энер­гетических показателей, эксплуатационные испытания которой подтвердили основные расчетные параметры.