СИСТЕМЫ СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛОИ ХЛАДОСНАБЖЕНИЯ

ОБОРУДОВАНИЕ УСТАНОВОК СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛО — И ХЛАДОСНАБЖЕНИЯ

Солнечный коллектор (гелиоколлектор) - основной элемент любой установки, в котором солнечное излучение преобразуется в тепловую энергию. Это может осуществляться либо в специальных устройствах, либо непосредственно конструкциями здания. В последнем случае солнечная установка называется пассивной. Любое здание, имеющей световые проемы, может рассматриваться как пассивная система использования солнечной энергии для отопления. Солнечное излуче­ние, проникающее через проемы, поглощается внутренними ограждаю­щими конструкциями и, преобразуясь в тепло, аккумулируется в них и передается воздуху в помещении. Снижая в это время теплоотдачу отопительных систем, можно получить значительную экономию топли­ва без особых затрат. На практике это реализуется в виде пофасадного автоматического регулирования теплопередачи систем отопления.

Все солнечные коллекторы имеют общую деталь - поверхностный или объемный поглотитель тепла, которое может отводиться из кол­лектора или аккумулироваться в нем. Коллекторы первого типа называют проточными, второго типа - с тепловым аккумулятором.

По виду теплоносителя коллекторы делятся на жидкостные, часто называемые солнечными водонагревателями, и воздушные; по дости­гаемой температуре - низкотемпературные (до 100 °С), среднетемпера - турные (до 200 °С) и высокотемпературные (до 3500 °С).

Температура нагрева теплоносителя прямо пропорциональна интенсивности падающей на накопитель солнечной энергии и обратно пропорциональна тепловым потерям в окружающую среду. Потери можно уменьшить, используя светопрозрачные покрытия и тепловую изоляцию для поглотителя в вакуумированные стеклянные трубки.

ОБОРУДОВАНИЕ УСТАНОВОК СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛО - И ХЛАДОСНАБЖЕНИЯ

Рис. 2.1. Солнечные коллекторы с аккумулированием тепла

А - пластмассовый коллектор КАП-1; б — коллектор КА-120

Однако и при таких решениях не удается нагреть теплоноситель до температуры более 120... 150 °С.

Для увеличения интенсивности поступающей солнечной энергии применяют концентраторы различных типов. Солнечные коллекторы, работающие без концентраторов, часто называют плоскими. Ниже рассмотрены основные конструкции таких коллекторов.

Низкотемпературный жидкостный коллектор с аккумулированием тепла простейшей конструкции представляет собой плоскую ванну, заполненную водой и закрытую стеклом. Детом в ясную погоду он обеспечивает нагрев 50 ... 100 л/м2 воды до температуры 40 ... 60 °С.

Солнечные коллекторы-аккумуляторы КАП-1 из поливинилхлорид - ной пленки выпускаются в Болгарии (рис. 2.1, а). Они предназначены для горячего водоснабжения индивидуальных потребителей. Габарит коллектора 1,8x0,95x0,3 м, объем 106 л, масса 5 кг, рабочее давленйе 0,5 м вод. ст. Коллектор-аккумулятор КА-120 (рис. 2.1, б) снабжен светопрозрачным покрытием и тепловой изоляцией. Поглощающий и аккумулирующий элементы изготовлены из стальных труб диаметром. 120 мм. Габарит коллектора 2x1,1x0,2 м, объем 120 л, масса 130 кг. Коллекторы с аккумулированием тепла, несмотря на простоту конс­трукции, обладают существенными недостатками - нужная темпера­тура воды достигается после полудня.

Низкотемпературные проточные коллекторы имеют поверхностный поглотитель и конструктивно могут быть выполнены как с открытым ротоком теплоносителя, так и с панелью или трубами, внутри которых проходит теплоноситель.

ОБОРУДОВАНИЕ УСТАНОВОК СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛО - И ХЛАДОСНАБЖЕНИЯ

Одной из первых конструкций коллекторов открытого типа (с открытым потоком теплоносителя) является коллектор "Солярис"

5'10 1

ОБОРУДОВАНИЕ УСТАНОВОК СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛО - И ХЛАДОСНАБЖЕНИЯ

Рис. 2Л. Детали коллектора "Сояярис*

1 — алюминиевый фартук; 2 — резиновая пластина; 3 т - резиновая прокладка; 4 — Стекло; S медная труба D = 12,5 мм; 6 — Волнистый алюминиевый лист; 7 — изоляция из стекловолокна; 8 - кровля; 9 — обрешетка; 10 — стропила; 11 — стекло; 12 — желоб коллектора

Томасона (рис. 2.2). В этом коллекторе вода, подаваемая по трубопро­воду с отверстиями, стекает по поверхности волнистого листа из алюминия или оцинкованной стали в сборный желоб. Коллектор защищен стеклом. Вся конструкция опирается на стропила южного ската кровли.

Вертикальный коллектор открытого типа (рис. 2.3) состоит из гори­зонтально расположенных лотков. Система таких лотков, укреплен­ных на вертикальных ребрах, установлена с наружной стороны утеп­ленной стены. С внешней стороны система лотков закрыта остекле­нием. Наружные стенки лотков зачернены, а сами лотки заполнены водой. Подачу воды осуществляют через верхний лоток, забор - через нижний водосборный лоток [8].

ОБОРУДОВАНИЕ УСТАНОВОК СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛО - И ХЛАДОСНАБЖЕНИЯ

Рис. 2.3. Коллектор открытого типа

1 — лоток; 2 — фартук лотка; 3 - стена здания (теплоизоляция); 4 - остекление; .5 — поглощающее покрытие; 6 — патрубок для подачи воды

Общий недостаток коллекторов открытого типа - высокие теплопо - тери вследствие тепломассообмена между теплоносителем и свето-

Рис. 2.4. Типы поглотителей проточных коллекторов

А - панельный из пластмассы; б — штампосварной панельный с каналами; в - штампосвар­ной панельный; г — трубчатый; д — листотрубный; е — трубчатый с поглощающими встав­ками; ж — трубчатый с продольными ребрами

Прозрачным остеклением. Однако у них есть и существенное преиму­щество - они не подвержены замерзанию.

Лучшие теплотехнические показатели имеют жидкостные проточные коллекторы с поглотителями в виде плоской панели с каналами.

ОБОРУДОВАНИЕ УСТАНОВОК СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛО - И ХЛАДОСНАБЖЕНИЯ

ОБОРУДОВАНИЕ УСТАНОВОК СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛО - И ХЛАДОСНАБЖЕНИЯ

ОБОРУДОВАНИЕ УСТАНОВОК СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛО - И ХЛАДОСНАБЖЕНИЯ

ОБОРУДОВАНИЕ УСТАНОВОК СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛО - И ХЛАДОСНАБЖЕНИЯ

ОБОРУДОВАНИЕ УСТАНОВОК СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛО - И ХЛАДОСНАБЖЕНИЯ

Выполняют такие панели из металла (штампосварные из сталей, прокатно-сварные из алюминия), пластмасс или ламинированных тка­ней (рис. 2.4, а, б', в). Несколько уступают панельным поглотители из ряда параллельных труб либо труб с плавниковыми ребрами (рис. 2.4, г). Большое распространение получили поглотители из листа с находящимися в тепловом контакте с ним трубами (рис. 2.4, б, е, ж). Для таких конструкций поглотителей особо важное значение имеет
теплопроводность соединений. Так, для надежно припаянных труб она составляет 1,5 ... 1,7 кВт/(м2 • град), а для плохо закрепленных - 6... 10Вт/(м2град).

Можно существенно увеличить эффективность солнечного коллек­тора, применяя селективные покрытия, обеспечивающие высокую поглощающую способность по отношению к солнечному излучению и низкую собственную излучательную способность. Такое возможно благодаря тому, что поглощение и излучение происходят в далеких друг от друга областях спектра - поглощение в коротковолновой (ультрафиолетовой, видимой и высокотемпературной инфракрасной) зоне, а излучение - в длинноволновой (низкотемпературной инфра­красной). Нанося на поглощающую поверхность ряд тонких слоев диэлектрика, металлов или их окислов, можно обеспечить высокий коэффициент поглощения солнечной радиации к при низкой степени черноты покрытия £ . Особенно эффективно применение селективных покрытий в вакуумированных коллекторах, в которых обеспечивается надежная изоляция от влаги и, следовательно, долговечность селек­тивных покрытий, Разработаны технологические процессы, позволяю­щие изготавливать фольгу или пленку с селективными свойствами, которые затем приклеивают на поверхность коллектора. Влияние селективности на эффективность коллектора заметно при отношении Я / £ =1... 20. Наибольшее распространение получили покрытия типа "черный никель" и "черный хром", наносимые электрохимическим способом, у которых отношение «С/ £ = 9 ... 12.

Дальнейшее повышение эффективности коллектора достигается при прочих равных условиях в результате применения селективных покрытий остекления. Стекло, покрытое двуокисью олова, несколько хуже пропускает солнечные лучи в области спектра 0,3 ... 2,5 мкм, но зато почти полностью отражает длинноволновые лучи, снижая тепло - потери коллектора [1].

В СССР освоен выпуск ряда проточных жидкостных коллекторов - водонагревателей (табл. 2.1). Солнечный коллектор, выпускаемый Братским заводом отопительного оборудования (рис. 2.5, а), имеет поглотитель из стали с параллельными каналами и четырьмя штуцера­ми, что позволяет монтировать его в любом положении. Корпус выпол­нен также из стали. Для свегопрозрачной изоляции применено оконное стекло толщиной 3 ... 4 мм с малым содержанием окиси железа. Для защиты от атмосферных осадков стекло уплотнено герленом. Конст­рукция крепления стекла позволяет заменять его, а также восстанав­ливать окраску поверхности поглотителя без демонтажа коллектора. В последнее время завод осваивает селективное покрытие поглотителя типа "черный никель", наносимое гальваническим способом.

ОБОРУДОВАНИЕ УСТАНОВОК СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛО - И ХЛАДОСНАБЖЕНИЯ

ОБОРУДОВАНИЕ УСТАНОВОК СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛО - И ХЛАДОСНАБЖЕНИЯ

Солнечные коллекторы, выпускаемые ППО "Спецгелиотепломонтаж" Грузинской ССР {рис. 2.5, б), имеют панельный стальной поглотитель колончатого типа с двумя штуцерами и корпус из алюминиевого профиля.

CzЈ

1

ОБОРУДОВАНИЕ УСТАНОВОК СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛО - И ХЛАДОСНАБЖЕНИЯ

Рис. 2.5. Конструкции отечественных коллекторов

А - Братского завода отопительного оборудования; б - ППО "Спецгелиотепломонтаж"; в — ФТИ АН Узбекской ССР; г - Бакинского завода по обработке цветных металлов и сплавов; 1 - остекление; 2 - герметик; 3 - поглощающая панель; 4 - теплоизоляция; 5 - корпус; 6 — днище; 7 — труба; 8 — вставка

В солнечном водонагревателе конструкции ФТИ АН Узбекской ССР (рис. 2.5, в) в качестве поглотителя применен панельный радиатор типа РСГ или ЗС со змеевиковым расположением каналов. Коллекторы с панельным поглотителем из стали недостаточно коррозийно-стойки и их следует применять в двухконтурных системах солнечного тепло­снабжения.

Панельный поглотитель из алюминиевых плакированных сплавов применены коллекторе, выпускаемом Бакинским заводом по обработ­ке цветных металлов и сплавов {рис. 2.5, г).Корпус коллектора выпол­нен также из алюминия, в качестве теплоизоляции использован пено­полиуретан. По теплотехническим показателям этот коллектор не уступает лучшим мировым образцам, однако из-за малой поверхности стоимость его высока.

Г

Экспериментальный завод КиевЗНИИЭП освоил производство коллекторов с поглотителем из алюминиевых плакированных труб в алюминиевом корпусе с теплоизоляцией из пенополистирола. Соедине­ние труб может быть как змеевиковое, так и параллельное. Для погло­тителя коллектора ФТИ АН Узбекской ССР использованы водогазо - проводные трубы диаметром 1/2J' между которыми установлены упру­гие вставки из стальных пластин. Несмотря на относительно низкие теплотехнические показатели, он может найти широкое применение, особенно для индивидуальных установок, благодаря высокой коррози­онной стойкости и малой стоимости. Простота конструкции этого коллектора позволяет наладить его производство в любых механичес­ких мастерских.

Водонагрева­тель солнечный В.8203 (ТУ 88 ФТИ УзССР 16-82)

В СРР основными типами солнечного жидкостного проточного коллектора являются СА-121 и СА-221 с поглотителем из стального 2.1. Характеристика солнечных коллекторов, изготавливаемых в СССР

Тип коллектора

Изготовитель

Габарит,

Площадь,

Поверх­

Поверх­

Тип погло­

Мм

М2

Ностная плот­ность, кг/м*

Ностная плот­ность теплоно­сителя, л/м2

Тителя

Солнечный кол­

Братский за­

1530x630x98

0,8

56,4

4

Стальная

Лектор

Вод отопи­

Панель

(ТУ 21-26-322-88)

Тельного оборудования

Солнечный кол­

ППО "Спецге-

1240x600x100

0,72

44,4

4,5

Тоже

Лектор (ТУ 36

Лимонтаж"

ГССР-86)

Солнечный кол-

ФТИ АН УзССР 1090x650x101

0,62

58

6

»

(ТУ 88 ФТИ УзССР 13-81) Гелиоколлектор (ТУ 47-567174-20- 36)

Бакинский ' 1440x49Ох... 0,63 25,5 завод по обра­ботке цветных металлов и сплавов

ФТИ АН УзССР 1104x611x84 0,6 40

Алюминие­вая панель

1,7

Стальные трубы с попереч­ными плас­тинами

Рис. 2.6. Поперечный разрез солнечного коллектора типа СА-121

1 - стальной корпус; 2 — полиэтиленовые листы; 3 - теплоизоляция из минеральной ваты о = 40 мм; 4 - Стеклопластиковая пластина tf = 8 мм; 5 - поглощаю­щая пластина; 6 - плоские трубы 40x20x2 мм; 7 - опорная пластмассовая пластина; 8 - закаленное стекло $ = 4 мм; 9 - крепежные элементы

Листа толщиной 1 мм, на котором с шагом 100 мм приварены стальные черные или оцинкованные плоские трубы в виде змеевика (СА-121) или регистра (СА-221) (рис. 2.6). Поглотитель окрашен матовой черной эмалью. Светопрозрачное покрытие, изготовленное из закаленного стекла толщиной 4 мм с высоким пропусканием (0,9 ... 0,92), установ­лено в рамке с закругленными углами и уплотнено термостойким резиновым уплотнителем типа автомобильного. Теплоизоляция выпол­нена из слоя минеральной ваты в полиэтиленовой пленке толщиной 40 мм и фибергласса толщиной 8 мм. Корпус коллектора с резьбовыми отверстиями для крепления стальной. Выходные патрубки расположе­ны с торцевой стороны коллектора, входные - с торцевой или тыльной стороны; диаметр патрубков - 1/2Г

Помимо СА-121 и СА-221 в СРР выпускается еще ряд коллекторов с различными типами поглотителей (табл. 2.2).

ОБОРУДОВАНИЕ УСТАНОВОК СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛО - И ХЛАДОСНАБЖЕНИЯ

В НРБ серийно выпускается жидкостный коллектор типа КВТ-1 (рис. 2.7). Поглотитель выполнен в виде стального листа толщиной 1 мм, к которому приварены стальные трубы & 20x2, объединенные гидравлическими коллекторами из труб 0 32x2. Габарит коллектора 2.2. Характеристика солнечных коллекторов, изготовляемых в СРР

Тип коллектора

Габариты, мм

Поверхностная

Плотность,

Кг/м2

Поверхност­ная плотность теплоноси­теля, л/м2

Тип поглотителя

С-121

С-221 СА-133

Воздушный кол­лектор СН2

Слабоконцентри-

Рующий коллек­тор С-121

2000x1000x108

2000x1000x108 2000x1000x108

2000x1000x366

2000x1000x108

36

38,5 30

29,5

38,5

2,7

2,7 0,9

2,7

Стальная труба на листе

Тоже Алюминиевая труба на листе Плоская панель

Плоские трубы с параболо - цилиндричес - ким концентра­тором

622—3

33

1 2 J

ОБОРУДОВАНИЕ УСТАНОВОК СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛО - И ХЛАДОСНАБЖЕНИЯ

1 — уплотнитель; i2 - стекло; 3 - поглотитель; 4 — тепловая изоляция; 5 — корпус

1855x875x100 мм, масса 65 кг, объем теплоносителя 3,4 л; теплоизоля­ция - слой минеральной ваты толщиной 20 мм. Теплотехнические показатели этого коллектора низкие из-за недостаточной теплоизоля­ции днища и плохого теплового контакта листа с трубами (теплопро­водность 30... 35 Вт/(м °С)],

В ЧССР выпускают солнечные коллекторы, характеристика которых приведена в табл. 2.3.

Одной из проблем конструирования воздушных коллекторов является увеличение коэффициента теплоотдачи поглотителя. С этой целью стремятся создать турбулентный поток воздуха или увеличить

2.3. Характеристика солнечных коллекторов, изготовляемых в ЧССР

Тип коллектора

Изготовитель

Габариты,

Площадь,

Поверх­

Поверх­

Тип погло­

Мм

М2

Ностная плот­ность, кг/м*

Ностная плот­ность теплоно­сителя, л/м2

Тителя

Водонагреватель ЧКД Дукла

1611x658x120

0,86

79,0

10,4

Стальная

Панель

Водонагреватель ЛИКОВ Либе-

1845x1070x107

1,72

55,6

0,56

Стальная

Рес

Труба с листом

Водонагреватель

Тоже

1845x1070x107

1,61

55,6

0,64

Стальные трубы с попереч­ными плас­тинами

Коллектор СП

ОПС Кромнер - 1570x670x80

0,86

30,2

0,93

Медные

80/80

Жиж

Трубы с попереч­

Ными

Ребрами

Стальная

Коллектор

КОВЕНТА

1590x640x80

0,93

47,3

2,42

Шедовый ГГУР

ЧЕСКЕ Тршебовая

Панель

Коллектор

Тоже

1610x660x80

0,93

Я»

2,42

Тоже

СЕД-PS

34

Поверхность теплообмена {рис. 2.8) за счет ребер. Интересная конструк­ция воздухонагревателя разработана в ТбилЗНИИЭП, где в качестве объемного поглотителя использована металлическая стружка, создаю­щая турбулентность потока воздуха и одновременно значительно увеличивающая поверхность теплообмена. В НРБ выпускается воздуш­ный коллектор типа КАС-24 с гофрированным стальным поглотителем. В СРР применяют солнечные коллекторы типа CH2Q, состоящие из "солнечной крышки" и турбулизирующих пластин (рис. 2.9). "Солнечая крышка", включающая остекление и поглощающий стальной лист, установлена на опорной конструкции, на которой уложена теплоизо­ляция, закрытая турбулизирующими пластинами из оцинкованной стали толщиной 0,5 мм. Воздух нагревается в канале между поглощаю­щей и турбулизирующей пластинами. Из коллекторов типа CH2q собирают так называемые "солнечные крыши".

Как было отмечено ранее, существуют также коллекторы, увеличи­вающие интенсивность поступающей солнечной энергии. В таких коллекторах между источником и приемником излучения установлено оптическое устройство - концентратор, - благодаря чему увеличива­ется плотность лучистого потока, падающего на приемник, по сравне­нию с плоским коллектором, равным по площади выходу в оптическое устройство. Численное значение этого увеличения называют степенью концентрации.

Концентраторы разделяют на рефракторные и рефлекторные.

К классу рефракторных относятся выпуклые линзы, линзы Френеля и призмы (рис. 2.10, а, б). В ЧССР выпускаются линейные линзы Френе­ля из обычных сортов стекла. Конструктивным недостатком коллекто­ров с линзами Френеля является большое фокусное расстояние, что приводит к увеличению габарита коллектора. Призменные концентра­торы лишены этого недостатка, кроме того, они могут концентрировать часть диффузного излучения. Концентратор подобного типа представ­ляет собой трехгранную призму, передняя грань которой является приемником, задняя - отражателем и боковая - выходом излучения. Принцип работы концентратора состоит в полном внутреннем отраже­нии лучей до попадания на боковую грань.

Рефлекторные отражатели представляют собой зеркала, поверхность которых образовна вращением или перемещением кривой относитель­но оси. Наибольшую степень концентрации (до 10 ООО) обеспечивают концентраторы параболоидного типа. Для солнечного теплоснабжения основной интерес представляют концентраторы, имеющие плоские или параболоцилиндрические отражатели - фоклины [3] (рис. 2.11).

В СРР выпускаются солнечные коллекторы типа С-121 с параболо - цилиндрическим концентратором, выштампованным из полированного

ОБОРУДОВАНИЕ УСТАНОВОК СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛО - И ХЛАДОСНАБЖЕНИЯ

ОБОРУДОВАНИЕ УСТАНОВОК СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛО - И ХЛАДОСНАБЖЕНИЯ

Г)

ОБОРУДОВАНИЕ УСТАНОВОК СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛО - И ХЛАДОСНАБЖЕНИЯ

Д)

У ч ч ^


Рис. 2.8. Типы поглотителей воздушных солнеч­ных коллекторов

ОБОРУДОВАНИЕ УСТАНОВОК СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛО - И ХЛАДОСНАБЖЕНИЯ

Ч Ч Ч

В - плоский с ребрами; б — из наклонных прозрачных пластин; в — сетчатый многослой­ный; г — V-образный; д - из пористого материа­ла

ОБОРУДОВАНИЕ УСТАНОВОК СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛО - И ХЛАДОСНАБЖЕНИЯ

Рис. 2.9. Воздушный солнечный коллектор типа CH-2Q

1 - корпус; 2 — поглощающая стальная пластина; 3 - закаленное стекло; 4 - уплотняющая резина; 5 - резиновые уплотнители; 6 - хурбулизатор; 7 - изоляция $ = 100 мм; 8 - каркас

Алюминиевого листа (рис. 2.12). Степень концентрации излучения составляет около 1,5.

Коэффициент концентрации фоклинов может быть определен как* отношение ширины входного отверстия d и выходного d:

ОБОРУДОВАНИЕ УСТАНОВОК СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛО - И ХЛАДОСНАБЖЕНИЯ

ОБОРУДОВАНИЕ УСТАНОВОК СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛО - И ХЛАДОСНАБЖЕНИЯ

В) I

ОБОРУДОВАНИЕ УСТАНОВОК СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛО - И ХЛАДОСНАБЖЕНИЯ

ОБОРУДОВАНИЕ УСТАНОВОК СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛО - И ХЛАДОСНАБЖЕНИЯ

Рис. 2.10. Концентраторы

А - линза Френеля; б - призменный; в - параболоидами; г - параболоцилиндрический

ОБОРУДОВАНИЕ УСТАНОВОК СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛО - И ХЛАДОСНАБЖЕНИЯ

ОБОРУДОВАНИЕ УСТАНОВОК СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛО - И ХЛАДОСНАБЖЕНИЯ

Рис. 2.11. Коллекторы с фокливами

А — двугранным; б — параболоцилиндрическим; 1 — прозрачное покрытие; 2 — отражающая поверхность; 3 — каналы с тепло носителем; 4 — теплоизоляция

К = Did = l/s/л «С,

Где «С - параметрический угол раскрытия. " _

ОБОРУДОВАНИЕ УСТАНОВОК СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛО - И ХЛАДОСНАБЖЕНИЯ

V

Задавшись коэффициентом концентрации и диаметром поглощаю­щей трубы, равному ширине выходного отверстия, можно найти стальные параметры фоклина. Для Д-фоклина (двухгранного)

Рис. 2.12. Поперечный разрез солнечного коллек­тора типа С-121 с малой концентрацией

1 — стальной корпус; 2 — полиэтиленовые листы;

3 — изоляция из минеральной ваты $ = 40 мм;

4 — стеклопластиковая пластина & = 8 мм; 5 — параболоцилиндрический концентратор; 6 — Поглощающая труба 40x20x2 мм; 7 - закаленное стекло F = 4 мм; 8 - крепежные элементы с резиновым уплотнителем

Для ПЦ-фоклина (параболоцилиндрического) Н~ 2к

При одинаковых степенях концентрации Д-фоклины имеют несколь­ко большее входное отверстие. Однако при падении параметричес­кого угла Д-фоклин пропускает в среднем только 75 % потока излуче­ния. Для этого фоклина характерны также многократные отражения лучей, поэтому его реальное пропускание может резко уменьшиться при использовании зеркал с коэффициентом отражения менее 0,9. Кроме того, Д-фоклины более чувствительны к разориентации, чем ПЦ-фоклины. Основным недостатком ПЦ-фоклинов является сложность изготовления криволинейных зеркал, поэтому разрабатываются так называемые усеченные фоклины. Уменьшение высоты ПЦ-фоклина в 2 раза уменьшает степень концентрации всего на 10 %.

Повышение температуры теплоносителя в фокусирующих коллек­торах связано с уменьшением теплоотдающей площади приемника излучения. В первом приближении можно принять, что такое умень­шение потерь тепла пропорционально степени концентрации. Особенно перспективно применение в концентрирующих солнечных коллекто­рах приемников с вакуумной изоляцией.

ОБОРУДОВАНИЕ УСТАНОВОК СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛО - И ХЛАДОСНАБЖЕНИЯ

D = kd;H = -

Dk(K + 1)' 2(к - 1)'

,0,5

ОТ"

Параллельно с совершенствованием концентрирующих коллекторов на основе фоклинов разрабатывают простые концентрирующие систе­мы плоских коллекторов с плоскими горизонтальными и наклонными зеркальными крыльями.

В связи с тем, что концентрирующие коллекторы используют в основном прямую составляющую солнечного излучения, их эффектив­ность, несмотря на меньшие теплопотери, ниже, чем плоских. Улучшить показатели можно, применяя системы слежения за солнцем. Слежение можно осуществлять как вращением вокруг одной или двух осей, так и периодической корректировкой (сезонной или месячной). Эффективность слежения разного вида различна и составляет:

TOC o "1-3" h z Вращение по двум осям (полное)..................................................... 1

То же, по одной оси:

Полярная ось............................................................................ 0,94

Ось север-юг........................................................................... 0,84

Ось восток-запад.................................................................. „. 0,77

Корректировка угла наклона сезонная......................................... 0,67

Аккумуляторы солнечной энергии. Несовпадение графиков нагруз­ки систем солнечного теплоснабжения с суточными и годовыми поступлениями солнечной радиации вызывает необходимость аккуму­лирования энергии. Аккумуляторы классифицируют по характеру протекающих в них физико-химических процессов следующим образом:

Использующие теплоемкость вещества без изменения агрегатного состояния (вода, водные растворы солей, камни, грунт в контейнерах или естественном состоянии);

Использующие скрытую теплоту фазового перехода (гидраты неорга­нических солей, парафины);

Основанные на обратимых химических и фртохимических реакциях, таких, как, например, циклическая гидратация и дегидратация, расщепление и рекомбинация молекул, гидрирование и дегидрирова­ние (изменение концентрации кислот, разложение сернистого ангидрида);

Основанные на необратимых фотохимических реакциях, в первую очередь на реакциях фотосинтеза и термохимических (получение биомассы и биогаза, производство водорода).

В первой группе происходят циклические или одновременные нагрев и охлаждение аккумулирующего вещества за счет солнечной энергии непосредственно теплоносителем или через теплообменник. Это технически и технологически наиболее изученный вид аккумули­рования и соответственно наиболее распространенный. Существует множество решений аккумуляторов такого типа. Наиболее типичные из них рассмотрены ниже.

Аккумуляторы, использующие теплоту фазового перехода, имеют большую объемную энергоемкость и постоянную рабочую температуру. Однако они обладают и рядом недостатков: коррозионная активность,

1 2

ОБОРУДОВАНИЕ УСТАНОВОК СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛО - И ХЛАДОСНАБЖЕНИЯ

1 — теплоаккумулирующее вещество; 2 — канал горячего теплоносителя

Деградация во времени и высокая стоимость. Кроме того, они требуют развитых поверхностей теплообмена.

Теплообменник с оребренными кольцевыми каналами, приведенный на рис. 2.13, имеет раздельные контуры зарядной и разрядной сред [4], что позволяет вести одновременно зарядку и разрядку аккумулятора. Теплообменный элемент состоит из коаксиальных трубок, в которых тепловой контакт между наружной и внутренней трубками обеспечи­вается продольными ребрами. Кольцевое пространство между ребрами заполнено аккумулирующим материалом {табл. 2.4). Для повышения стабильности аккумулирующих материалов применяют грануляцию, добавление катализаторов кристаллизации и др. Общим недостатком всех тепловых аккумуляторов является потеря энергии в процессе аккумулирования.

Аккумуляторы, основанные на фотохимических и термохимичес­ких реакциях, позволяют достичь чрезвычайно высокой плотности аккумулирования и хранить энергию длительное время без потерь. Например, выпаривая с помощью солнечной энергии воду из раствора серной кислоты, повышают концентрацию последней, а затем получают эндотермическое тепло, выделяющееся при ее разбавлении. Цикл с использованием водорода состоит в получении гидритной формы. вещества при относительно низких температурах и давлении с после­дующим выделением водорода при нагревании вещества. Известен процесс расщепления серного ангидрида на сернистый ангидрид и кислород, протекающий с поглощением энергии. В дальнейшем

2.4. Основные параметры теппоаккумупирующих материалов

Вещество Температура плав - Теплота плавления, Плотность, кг

Ления, °С кДж/кг

39... 42

450

1826

58

93,5

92

Кристаллогидраты Четырехгидратный азотно­кислый кальций Натрий уксусно-кислый Квасцы алюмоаммонийные Квасцы алюмокалиевые Сегнетовая соль Кобальт азотно-кислый Натрий борно-кислый Магний серно-кислый Глауберова соль

Органические соединения

Кислота:

Миристиновая маргариновая стеариновая

Парафин высокоплавкий

Церезииовая фракция

Парафин-1

Дифенил

Происходит рекомбинация исходного продукта с выделением эндотер­мического тепла. В настоящее время аккумуляторы с использованием водорода и серного ангидрида еще не нашли практического приме­нения.

Для аккумуляторов с краткосуточным аккумулированием в качест­ве теплоносителя чаще всего используют воду или воздух.

Промышленностью освоена широкая номенклатура сосудов, которые могут быть использованы как водяные баки-аккумуляторы (металлические и железобетонные емкости и др.). Одновременно разрабатывается и специальное оборудование. Так, для применения в системах с теплоносителем этиленгликолем сконструированы баки - аккумуляторы с двумя змеевиками, баки-аккумуляторы, обеспечива­ющие температурную стратификацию воды.

В воздушных системах теплоснабжения в качестве аккумулирую­щего материала чаще всего применяют каменные засыпки, лучше гальку. Можно использовать также пустотные конструкции зданий (панели стен и перекрытий), прогоняя через них нагретый воздух.

Все большее внимание, особенно в северных широтах, уделяют сезонному аккумулированию солнечной энергии. Анализ технических решений в мировой практике показал, что наибольшее распростране­ние имеют теплоемкостные сезонные аккумуляторы.

В крупных системах теплоснабжения используют стальные и железо­бетонные резервуары вместимостью до 50 000 м3> в которых вода содержится при атмосферном давлении. Они удобны в эксплуатации,

ОБОРУДОВАНИЕ УСТАНОВОК СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛО - И ХЛАДОСНАБЖЕНИЯ

Рве. 2.14. Аккумулятор в грунтовой впадине в Студвике (Швеция)

1 — поворотная крышка; 2 — солнечные коллекторы; 3 — теплоизоляция; 4 — подача нагретой воды; 5 — защитное покрытие

Но, как правило, очень дороги. При рабочем диапазоне температур 45 ... 95 °С их теплоемкость составляет около 200 Дж/(м3 • °С), а при использовании тепловых насосов может быть удвоена за счет охлажде­ния воды до 5 °С.

Резервуар для воды может быть выполнен в виде ямы в грунте (рис. 2.14). По дну и боковым сторонам ямы укладывают тепло - и гидроизоляцию; поверхность воды защищают теплоизолирующей плавающей крышкой, на которой устанавливают солнечные коллек­торы. Вместимость таких аккумуляторов измеряется сотнями и десят­ками тысяч кубометров.

Аккумулирование тепла в естественных водоемах основано на отделении части озера или морского залива с помощью теплоизолиру­ющего занавеса. Поверхность воды защищают плавающей теплоизоля­цией таким же образом, как и в случае ямы-аккумулятора. Этот вариант относится к высокоэффективным, поскольку есть возмож­ность организовать аккумуляторы больших размеров и при этом избежать расходов на выемку грунта.

В мировой практике имеется опыт строительства в скальных выемках хранилищ для нефти и сжиженного газа. Подобные скальные выемки могут быть использованы и для аккумулирования горячей воды. В Швеции в пос. Ликебю оборудована в скальных породах полость для сезонного аккумулирования вместимостью 10 ООО м3. Полость не имеет теплоизоляции; интервал рабочих температур составляет 90 ... 40 °С. Окружающие слои скальной породы также служат для аккумулирова­ния тепла.

Возможен вариант аккумулирования, когда нагретую воду прока­чивают через систему буровых скважин глубиной до 100 ... 150 м.

Аккумулятор разряжают, пропуская более холодную воду, которая извлекает из грунта тепло. Наиболее пригодны для таких целей скаль­ные породы и глина, так как в них не происходит переноса тепла грунтовыми водами. В скальных породах скважины располагают на расстоянии 3,5 ... 4 м одна от другой, так что на 1 м скважины прихо­Дится от 11 до 16 м3 нагреваемой породы.

Для аккумулирования тепла могут быть использованы водоносные горизонты, расположенные между двумя слоями с низкой водопрони­цаемостью. Наиболее удобны в этом отношении естественно ограничен­ные по периферии "водяные линзы", так как здесь отсутствуют тепло - потери с утечкой воды. Уменьшить потери теплой воды из водоносного слоя можно, откачивая воду с напорной стороны водоносного горизон­та и возвращая ее с низкой стороны. Аккумулятор в водоносном слое объемом около 800 ООО м3 создан в г. Скарборо в Канаде [5]. Он имеет центральную скважину и четыре краевых. При зарядке холодную грунтовую воду откачивают из краевых скважин, а нагретую подают через центральную. Когда горячая вода достигает краевых скважин, аккумулятор заполнен. При разрядке горячую воду откачивают из центральной скважины, а отработанную закачивают в краевые. Диапазон рабочих температур аккумулятора - 70 ... 15 °С.

При аккумулировании тепла солнечной энергии с помощью прудов их используют и как солнечный коллектор. Солнечный пруд - это объем воды с различной концентрацией соли: в верхних слоях она меньше, чем в нижних. Солнечное излучение вызывает более интен­сивный нагрев нижних плотных слоев. Перепад плотности достигается искусственным или естественным путем. Например, затопление водой засоленной почвы приводит к диффузии солей в нижние слои и соот­ветственно к перепаду концентрации. Образующийся при этом гради­ент плотности подавляет конвекцию и вызывает температурный перепад по глубине пруда. При этом верхние, менее нагретые слои воды служат теплоизоляцией. Существуют и другие способы уменьше­ния теплопотерь с поверхности, аналогичные открытым коллекторам, например, остекление. Пруд глубиной 1 м аккумулирует 15 ... 25 % теплоты падающего излучения. Большая глубина обеспечивает лучшую изоляцию, но до нижних слоев доходит меньшее количество теплоты. Оптимальная глубина пруда составляет 1 ... 2 м. Солнечные пруды дают большое количество низкотемпературного тепла, устойчивы к днев­ным изменениям климатических параметров и способны поддерживать положительную температуру в течение зимы.

Несмотря на значительное число экспериментальных сезонных аккумуляторов солнечного тепла экономическая эффективность их применения не всегда очевидна. Для решения вопроса о целесообраз­ности их сооружения необходимо, чтобы затраты на устройство и эксплуатацию аккумулятора были существенно меньше стоимости запасенной энергии. Этому критерию крупные аккумуляторы отвечают в большей степени, чем мелкие, так как они имеют меньшие удельные потери тепла. Поэтому в настоящее время создаются сезонные аккуму - лирующие системы вместимостью 104... 105 м3.

СИСТЕМЫ СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛОИ ХЛАДОСНАБЖЕНИЯ

Испытания солнечного коллектора — какую мощность выдают вакуумные трубки?

Сегодня, 26.04.2015 года мы провели такие испытания солнечных вакуумных трубок: Исходные материалы: - Солнечный вакуумные трубки 58мм на 1800мм, 47мм внутренний диаметр - 8шт. - Нержавеющая гофрированная сталь 15мм, подробнее …

ПУТИ РАЗВИТИЯ ЦЕНТРАЛИЗОВАННЫХ ССТ

В перспективе наряду со сложившейся в ССТ практикой проектиро­вания и строительства отдельных жилых и общественных зданий с ССТ, использование которых наиболее эффективно в сельской мест­ности, все большее развитие будут получать …

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ССТ

Для дальнейшего совершенствования и развития ССТ представляет большой интерес изучение тенденций и направленности творческой мысли исследователей и изобретателей в СССР и за рубежом в части разработки конструкций и схемных решений …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Партнеры МСД

Контакты для заказов шлакоблочного оборудования:

+38 096 992 9559 Инна (вайбер, вацап, телеграм)
Эл. почта: inna@msd.com.ua