СИСТЕМЫ СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛОИ ХЛАДОСНАБЖЕНИЯ

РАСЧЕТ СОЛНЕЧНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ

Эффективность солнечных коллекторов (солнечных водонагрева телей - СВН) зависит как от их конструктивных параметров и метеоро­логических условий, так и от режима работы - температуры и расхода теплоносителя.

Удельная мощность СВН (плотность поглощаемого теплового потока) может быть определена по формуле, полученной на основе данных работы [2]:

4 = 4cpB[(Ps + &DlD)/v+T0-TBxl

Где Q — удельный расход теплоносителя кг/м .с; ср - изобарная теплоемкость теплоноси­теля, Дж/(кг •°С); Is — интенсивность (плотность) потока прямой солнечной радиации, Вт/м2; — интенсивность (плотность) теплового потока диффузной солнечной радиации, Вт/м2; Твх — температура теплоносителя на входе в СВН, °С; TQ — температура окружаю­щей среды, °С; V — приведенный коэффициент теплопередачи СВН, Вт/м2.°С; P^Pq — коэффициенты положения солнечного коллектора соответственно для прямой и диффузной радиации; в S, 9J} - приведенные оптические характеристики (поглощательная способ­ность), СВН соответственно для прямой и диффузной (рассеянной) радиации (В = 9 F I, где ff— коэффициент эффективности СВН).

Величина в в формуле (6.14) определяется зависимостью B = eXp(-U/gcp).

0,01 0,02 0,0b DOG 0,1 0,2 ОМ 0,6 1 I 6 кУ/yt,

Рис. 6.3. График зависимости В "Fikf/'Gc^

Для облегчения расчетов на рис. 6.3 приведен график зависимости

B=f(U/gcp).

Температура теплоносителя на выходе

= ТВХ+(ТП-Т ув.

Здесь т - равновесная температура СВН, т. е. та температура, которую СВН имеет при отсутствии расхода. Знание этой температуры имеет важное практическое значение как при конструировании СВН, так и при проектировании солнечных установок, так как, с одной стороны, определяет требуемые пределы термостойкости тепловой изоляции, с другой - возможные термические деформации СВН.

Равновесная температура СВН

Л = 6Vs +p06/s)/U+r0. (6.17)

В тех случаях, когда СВН используют для получения воды с задан­ной температурой, удельный часовой расход может быть определен с использованием графика на рис. 6.3. По заданной г, и тр находя, что

В = (Гвых-Твх)/(Тр-Твх)-

Удельный расход воды с гвых=const

Д = и/ВСу. (6.18)

КПД солнечного коллектора может быть определен по формуле П = QcVB[(PseSLs +PD В DbVU-LT^-TJKPJs (6.19

Таким образом, зная приведенную поглощательную способность в, коэффициент теплопередачи и и коэффициент эффективности /,' можно выполнять теплотехнические расчеты СВН.

Велечины В, и и f определяют расчетным путем или эксперимен­тально в лабораторных и натурных условиях. Экспериментально, как правило, определяют и (табл. 6.1.).

Величина в для заданной конструкции СВН представляет собой степень использования равновесной температуры и зависит только от удельного расхода теплоносителя - с его уменьшением она растет. Однако при этом падает КПД солнечного водонагревателя. Поэтому правильный выбор расхода теплоносителя имеет существенное значе­ние при проектировании солнечных установок. Нетрудно убедиться, что функция gcp[i - ехр(— u/gCp) имеет предел, равный и при gcp — « . Однако увеличение расхода теплоносителя хотя и увеличивает КПД СВН, требует одновременно повышения количества энергии на пере­качку. Поэтому в практике целесообразно ограничиться соотношением

= (2... 4)U, что соответствует эффективности 0,86 ... 0,9 от максималь­но достижимой.

Для иллюстрации предложенной методики ниже приведено несколь­ко примеров СВН.

Пример 1. Определить равновесную температуру СВН с одинарным и двойным остекле­нием при интенсивности прямой солнечной радиации р^ = 600 Вт/м2 и рассеянной — ^ЫЬ = 200 Вт/м при температуре окружающей среды Т = 25 °С и скорости ветра 5 м/с.

Для СВН с одинарным остеклением

Тр = (600-0,74 + 200 0,64)/8 + 25 = 97 °С;

Для СВН с двойным остеклением Тр = (600 -0,63 + 200 -0,42)/5 + 25 = 117 °С.

Пример 2. Определить удельный расход воды с температурой 55 °С для условий, приве­Денных в примере 1, если температура холодной воды Твх = 15 °С.

Для СВН с одинарным остеклением Bj = (55 — 15)/(97 — 15) = .0,49, с двойным = = (55 - 15)/(117 - 15) = 0,39. По графику на рис. 6.3. находим f(-Bj) = 0,62 и f(В2) = 0,5. Удельный расход воды для СВН с одинарным остеклением равен:

Q = 8/(4,19 -10-3-0,62) = 3,10 - Ю-3 кг/м2-с; для СВН с двойным остеклением

Q = 5/(4,19 - Ю-3 -0,50) = 2,39 - Ю-3 кг/м2-с.

Пример 3. Определить удельный расход воды с температурой 55 °С для солнечных коллекторов с одинарным и двойным остеклением при интенсивности солнечной радиации Psqs = 400 Вт/м2 и ££><?£, = 100 Вт/м, температуре окружающей среды + 5 °С и скорости ветра 10 м/с. Температура холодной воды Твх = +5 °с*

Равновесная температура для СВН с одинарным остеклением Тр = (400-0,74 + 100 •0,64)/11 + 5 = 38 °С; для СВН с двойным остеклением

Тр = (400 • 0,63 + 100 -0,42)/5,5 + 5 = 64 °С.

Так как у СВН с одинарным остеклением равновесная температура ниже требуемой^ он не может быть применен в этих метеорологических условиях. Для СВН с двойным остекле­нием В2 = (55 - 5)/(64 - 5) = 0,85 и f(B2) = 2. Удельный расход воды Q = 5,5/(4,19 - Ю-3-0,85) = 1,55-Ю-3 кг/ м2-с.