Основные публикации по солнечной энергии

Эффективность систем с естественной циркуляцией

Естественная циркуляция в солнечных нагревателях типа, схе­матически показанного на фиг. 11.1.1, возникает, когда коллектор нагревается до температуры, при которой возникает разность плот­ностей воды в коллекторе и на участке, включающем бак и линию пи­тания между баком и коллектором. Разность плотностей является функцией разности температур, и, следовательно, массовый расход жидкости зависит от тепловой эффективности коллектора, которая определяет величину этой разности температур. Благодаря указанным

обстоятельствам система является саморегулирующейся, т. е. повы­шение степени нагрева коллектора ведет к увеличению массового расхода. Лёф и Клоуз [11], а также Купер [5] установили путем на­блюдений, что в широком интервале условий температура воды в кол­лекторах систем с естественной циркуляцией (в частности, в конструк­ции, применяемой в Австралии) повышается на -10°С.

Клоуз [4] разработал методику расчета массовой скорости цир­куляции в системах с естественной циркуляцией и сравнил полученные расчетным и экспериментальным путем температуры на входе и вы­ходе. Его результаты (некоторые из них показаны на фиг. 11.6.1) под­тверждают предположение, что для таких систем, если они правильно спроектированы и не имеют существенных нарушений потока, харак - терно повышение температуры на ~10°С. Гупта и Гарг в работе [9],

------------ экспериментальные данные; результаты расчета;

1 - температура на выходе из коллектора; 2 — температура на вхо­де в коллектор,

рассмотрев изменение температуры воды на входе и выходе для двух коллекторов, также установили, что повышение температуры воды вдоль коллектора почти постоянно.

Таким образом, имеются два различных метода моделирования работы коллектора в системах с естественной циркуляцией. Первый метод состоит в определении массового расхода воды на основе рас­четных значений перепадов давления в системе с учетом распределе­ний температур и плотности (например, как это делает Клоуз).

Второй метод основан на рассмотрении более простой модели процесса, в которой принимается постоянное повышение температу­ры воды в коллекторе, например на 10°С, и при этом условии прово­дится расчет расхода воды, соответствующего данному перепаду АТ, для вычисленной производительности коллектора. Из уравнения (7.7.5)

^FRAcS-VL{Tui-Ta) (11.6.1)

- TUo)=mCphTr (11.6.2)

Приравнивая (11.6.1) и (11.6.2), получаем

s-VL{Tf і - Г_)

mCv 58 FrAc ' t11-6*3*

рас Д2^

Это уравнение можно решить относительно т, если принять, что F* не зависит от массового расхода. Подставляя выражение (7.7.4) для Fr в уравнение (11.6.3) и проведя соответствующие преобразования, получаем

Ср1„{1 - (ULF'bTf)/[S - UL{Tfti - Та)]

В коллекторе, работающем при Апорядка 10°С, вода проходит через коллектор несколько раз в течение суток. В работе Тейбора [14] рассмотрен иной режим работы коллектора, состоящий в том, что за счет соответствующего увеличения гидравлического сопротивления в контуре системы вода, содержащаяся в баке, проходит через кол­лектор только один раз в сутки, но при более высоком значении А 7^. Рассчитано, что за счет более высокой степени стратификации в ба­ке суточная эффективность "одноиикловой" системы с высоким A Tf

будет примерно равна эффективности "многоцикловой" системы с более низким А 7^. Многие водонагреватели фирмы "Миромит" рабо­тают именно по этому принципу.