Применение солнечной энергии

ВОЗДУХОНАГРЕВАТЕЛИ

Количество научных исследований и конструкторс­ких работ по солнечным воздухонагревателям. [7, 78] значительно меньше, чем по системам водонагрева, хотя есть много областей применения, где более целесообраз­но использовать воздух в качестве теплоносителя, на­пример для сушки сельскохозяйственных продуктов на небольших широтах или для отопления помещений на более высоких широтах. Воздухонагреватели имеют три преимущества, заслуживающих особого внимания:

воздух не замерзает;

последствия утечки воздуха значительно менее серь­езны, чем последствия утечки воды;

проблема коррозии в системах из разнородных ме­таллов и аккумуляторах практически отсутствует.

Однако физические свойства воздуха в данном слуг чае менее благоприятны, чем воды. Его плотность и теплоемкость крайне низки, а сечения каналов в воздуш­ных системах гораздо больше, чем у водяных трубопро­водов.

В простых воздухонагревателях можно использовать почти любую поверхность нагрева, которая может быть окрашена в черный цвет. На рис. 3.20 показаны три ос­новных типа такого нагревателя с одинарной прозрач­ной изоляцией. В коллекторе на рис. 3.20,а воздух дви­жется в промежутке между прозрачным покрытием и поглощающей пластиной. В нагревателе на рис. 3.20,6 воздушный зазор между прозрачным покрытием и по­глощающей пластиной герметизирован для уменьшения конвективного теплообмена, а канал находится за по­глощающей пластиной. В нагревателе на рис. 3.20,в по­токи воздуха либо разделены, либо с целью предвари­тельного подогрева воздух подается в наружный канал,

а затем проходит по внутреннему каналу. Прекрасным примером солнечного воздухонагревателя, сделанного из простых материалов, является установка в Гуджарате с площадью коллектора более 500 м2 [79], где воздух проходит через окрашенную в черный цвет мелкую ме­таллическую стружку, представляющую собой отходы металлорежущего производства. Коллектор с двойным остеклением имеет расчетный КПД около 45% при тем­пературе, на 65 °С превышающей температуру окружаю­щей среды. В ранней работе Лёфа [80] исследовался

1 5 63

коллектор с перекрывающими друг друга черными стек - лянными пластинами, накрытыми сверху одним, двумя і или тремя слоями прозрачной изоляции. Впоследствии такие коллекторы были установлены на крыше солнеч - : ного дома в Колорадо и его энергетические показатели за отопительный сезон 1959—1960 гг. были опубликова-1 ны в печати [81]. После 16-летнего периода практичес­ки безаварийной работы эта система была исследована j вновь в 1976—1977 гг. [82]. Важные цаучно-исследова-1 тельские работы по солнечным воздухонагревателям проводились также в Австралии [61, 83], где в начале. 60-х годов впервые были применены селективные по­верхности с V-образной конфигурацией канавок (см. рис. 3.2, и).

Наряду с применением селективных поверхностей повышение эффективности может быть достигнуто пу­тем регулирования скорости воздуха и использования двухходовой схемы отвода тепла [84], предусматриваю­щей движение воздуха между двумя стеклянными по-1 крытиями обычного в других отношениях двухстеколь­ного коллектора. КПД данной двухходовой системы оказался на 17% больше по сравнению с обычной схе-1 мой отвода тепла. В других системах [85] для улучше - 56

ния теплопередачи используются ребристые поверхнос­ти различного типа (см. рис. 3.2, з). В работе [86] рас­смотрена попытка применения сотовых структур в соче­тании с пористой подложкой. Принципиальная схема v включения воздушного коллектора в систему отопления и охлаждения, заимствованная из работы Лёфа [78], показана на рис. 3.21. В данном случае используется ак­кумулятор галечного типа с насадкой из обычной,

тщательно отобранной гальки. С помощью вентилятора и блока управления можно реализовать любой из сле­дующих режимов работы:

обогрев дома непосредственно от коллектора; обогрев дома от аккумулятора; аккумулирование тепла из коллектора; охлаждение аккумулятора холодным наружным воз­духом;

охлаждение дома от аккумулятора.

Двойное применение аккумулятора как для охлаж­дения летом, так и для обогрева зимой является допол­нительным положительным фактором. Заметим, что на схеме не показан вспомогательный источник энергии.