Основные публикации по солнечной энергии

Коэффициент отвода тепла из коллектора и коэффициент расхода

Коэффициент отвода тепла из коллектора F^ представляет от­ношение фактической полезной энергии коллектора к полезной энер­гии, когда температура всей поглощающей пластины равна температу-

ре жидкости на входе[19] ,

F GCP{Tf-°-Tf-‘)

R~lS-VL[Tfi-Ta)] ’

где С — расход жидкости на единицу площади коллектора. Коэффициент Fr можно представить в виде С С

Наконец, с учетом (7.6.3) при у - L имеем

(7.7.4)

Чтобы представить уравнение (7.7.4) в виде графика, целесообраз­но ввести новую переменную Fn =» Fft/F*, которую будем называть коэффициентом расхода коллектора. F" является функцией только одной переменной l)LF%/GC (или UQ/CCp). Эта зависимость пред­ставлена на фиг. 7.7.1. Чтобы в полной мере оценить значение этого графика, перепишем уравнение (7.7.1) в несколько ином виде:

Qu-AcFnlS-VL(Tf'i-Ta) (7.7.5)

где Qu — полная полезная энергия коллектора. С помощью этого урав­нения величина Qu может быть рассчитана в функции температуры жидкости на входе в коллектор. Представление полезной энергии в форме (7.7.5) удобно при исследовании солнечных энергетических установок, поскольку температура жидкости на входе обычно извест­
на. Однако необходимо помнить, что потери, вычисленные по темпе* ратуре жидкости на входе, слишком малы, поскольку тепло теряется по всей длине коллектора, а температура жидкости в направлении по* тока непрерывно увеличивается. Множитель FR является поправкой, уменьшающей значение полезной энергии, вычисленное при условии, что вся поверхность коллектора находится при температуре жидкости на входе f до фактического значения полезной энергии.

С увеличением расхода жидкости через коллектор перепад тем­ператур (7у# 0 ~ і ) уменьшается. Это приводит к снижению потерь тепла в окружающую среду и соответствующему увеличению полез­ной энергии, поскольку средняя температура коллектора уменьшает­ся. Увеличение полезной энергии с возраставием расхода жидкости проявляется в увеличении коэффициента отвода тепла из коллектора

Заметим, что коэффициент FR никогда не может быть больше коэффициента F*. При бесконечном увеличении расхода разность температур на входе и выходе из коллектора стремится к нулю, од-

нако температура поглощающей поверхности будет все еще выше тем* пературы жидкости. Эта разность температур учитывается коэффи» циентом Р,

Пример 7.7.1. Рассчитать суточный кл. д. солнечного коллек­тора 15 января в Мадисоне, предполагая, что коллектор ориенти­рован на юг и наклонен под углом 53° (на 10° больше, чем широ­та местности). Часовые значения плотности потока солнечной < радиации и температуры окружающего воздуха даны в табл. 7.7.1. Исходными данными задачи являются: полный коэффициент по­терь 8,0 Вт/(м2 - град), конструкция типа алюминиевое ребро — труба, расстояние между центрами труб 15 см, толщина ребра 0,05 см, диаметр трубы 1,6 см, коэффициент теплоотднчи от стенки трубы к жидкости 1500 Вт/(ма-град), сопротивление со­единения ребра и трубы пренебрежимо мало, пропускательная способность покрытия относительно солнечного излучения рав­на 0,88 независимо от направления, поглощательная способность поглощающей пластины по отношению к солнечному излучению равна 0,95 независимо от направления, ширина коллектора 1 м, длина 2 м, расход воды 0,02 кг/с, температура воды на входе в коллектор постоянна и равна 60 °С.

Средний для каждого часа работы к. п.д. коллектора может быть найден из выражения

Qu

HR А,

где HR — плотность потока солнечной радиации на поверхности коллектора, Qu — часовое значение полезной энергии и Ас — площадь коллектора.

Величина суточного к. п.д. не равна среднему значению ча* совых кл. д. и определяется в виде

Т)сУТ * ACT. HR ’

где l. Qu — полная пилезная энергия, полученная в коллекторе за сутки, и "5.HR — суточная сумма плотности потока солнечной радиации.

Чтобы рассчитать Qu, необходимо опред - ть коэффициен­ты F, F' и Fr по уравнениям (7.5.11), (7.5.Г ч (7.7.4) соответ­ственно. Из определения т, приведенного в ра.7.5, следует

Ut. У-.Я.

Uf>/ 210х 5х 10~*/

Половина расстояния между трубами равна W-D _ 0,15 - 0,016 = g „67_

2 " 2 Согласно (7.5.11),

F - — х Р»Р67) ш 8,73x0,067

Коэффициент F' находится из выражения (7.5.17)

1/8

. 0,897,

0,15 Г —

Le(0,oi + о,

и, наконец, Fr определяется из выражения (7.7.4) при С - 0,02/2 х 1 - 0,01 кг/(м2 - с):

Приведенная поглощательная способность этой системы, состоящей из одного покрытия и поглощающей пластины, опреде­ляется с помощью выражения (6.3.1):

Чтобы определить часовую величину HR (та), необходимо для каждого часа найти коэффициент R, с помощью которого произ­водится пересчет потока излучения, падающего на горизонталь­ную поверхность, в поток излучения, падающий на наклонную по­верхность коллектора1 . Из (3.6.2) при Б = —22°, ф = 43° и s = 53° получаем

COS 6 у “ COS (43 — 53) COS (—22) COS СО + sin (43 — 53) sin (—22) “

** 0,914 cos co+ 0,065,

cos Qz - cos 43 cos (—22) cos со + sin 43 sin (—22) =

=* 0,678 cos со — 0,256.

Приведенные в табл. 7.7.2 значения коэффициента R и дру­гих параметров относятся к серединам указанных часовых интер­валов.

Окончательно