ВОПРОСЫ ТЕОРИИ. И ИННОВАЦИОННЫХ РЕШЕНИЙ. ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ. ГЕЛИОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

АНАЛИЗ КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

В системах солнечного горячего водоснабжения полу­чили применение, в основном, плоские жидкостные кол­лекторы. Такой коллектор состоит из прозрачной изоля­ции, поглощающей панели, теплоизолированного корпуса. Поток солнечного излучения проходит через прозрачную изоляцию и поглощается панелью. При этом часть излу­чения отражается от поверхности прозрачной изоляции, часть поглощается материалом изоляции и затем передает­ся окружающему воздуху. Указанные потери оцениваются в 45 %. Полезное тепло, отводимое от теплопоглощающей панели, составляет около 50 %, потери тепла через теплои­золяцию в окружающую среду 5 %.

Всесоюзным государственным институтом патентной экспертизы в работах [45, 46] выполнен ретроспективный анализ зарубежного опыта шести ведущих в области гелио­техники стран за период 1975-1986 гг. В этих странах, в основном, завершено создание оптимизированных кон­струкций солнечных коллекторов. Наиболее интенсивно развивались разработки конструкций и покрытий тепло­поглощающей панели, реализации движения теплоносите­ля. Для прозрачной изоляции наиболее активно совершен­ствовалась ее форма и вид селективного покрытия.

При анализе зарубежного был применен метод эксперт­ных оценок ведущих специалистов СССР. В результате ис­следований в качестве приоритетного направления опреде­лено совершенствование теплопоглощающих покрытий.

По Н. В.Харченко [47] в идеальном солнечном коллек­торе отсутствуют оптические потери, минимальны потери тепла, а поглощательная способность его панели в корот­коволновом диапазоне солнечного излучения равна едини­це, степень черноты в инфракрасной части спектра равна нулю и пропускательная способность прозрачной изоля­ции - единице. Высокоэффективный солнечный коллек­тор должен иметь высокий оптический КПД, максимально возможное отношение поглощательной способности в ко­ротковолновом диапазоне к его излучательной способности в длинноволновом диапазоне, высокий коэффициент те­плопроводности материала панели, а также низкую вели­чину общего коэффициента тепловых потерь. Повышение эффективности солнечного коллектора может быть обеспе­чено применением селективных покрытий, использова­нием ячеистых структур, вакуумированием пространства между поглощающей панелью и прозрачной изоляцией, а также применением эффективной тепловой изоляции. Вы­бор оптимальных теплотехнических характеристик сол­нечного коллектора должен быть экономически обоснован, поскольку повышение КПД за счет указанных усовершен­ствований может привести к значительному удорожанию солнечного коллектора и сделать нецелесообразным его использование. Для повышения эффективности плоских солнечных коллекторов необходимо принимать меры для снижения интенсивности теплообмена в газовом простран­стве коллектора и интенсивности потерь тепла излучением.

Н. В.Харченко выделены следующие внутренние и внешние факторы, определяющие значение КПД солнеч­ных коллекторов:

1) метеорологические параметры - интенсивность сол­нечной радиации, температура наружного воздуха, ско­рость ветра;

2) конструктивные характеристики - шаг и диаметр каналов для теплоносителя, расстояние между абсорбе­ром и остеклением, расстояние между слоями остекле­ния, толщина стекла, термическое сопротивление тепло­вой изоляции, толщина и коэффициент теплопроводности лучепоглощающего листа, коэффициент теплопроводно­сти прозрачной изоляции;

3) рабочие характеристики - удельный расход теплоно­сителя, температура теплоносителя на входе в солнечный коллектор, давление (разрежение) в пространстве между абсорбером и остеклением.

Из всех перечисленных параметров наиболее суще­ственное влияние на величину КПД оказывает интенсив­ность солнечной радиации, температура наружного воз­духа и теплоносителя на входе в коллектор, материал абсорбера, шаг труб, наличие вакуума в солнечном коллек­торе. Значительное влияние на теплопроизводительность солнечного коллектора оказывает также число слоев осте­кления, селективность лучепоглощающей поверхности и коэффициент потерь тепла через нижнюю поверхность коллектора.

Одной из первых в СССР работ по методам расчета сол­нечных коллекторов была статья Б. В.Петухова [8]. До­статочно полный анализ исследований и разработки пло­ских солнечных коллекторов выполнен А. Д.Ушаковой в докторской диссертации [48]. Анализ параметров солнеч­ного коллектора и их влияния на экономическую целесоо­бразность гелиоустановок представлен в работе института «ВНИПИэнергопром» [49].

Анализ двухсот конструкций солнечных коллекторов, производимых фирмами Германии, выполнен в работах [50, 51]. При этом большинство рассмотренных коллекто­ров предназначено для горячего водоснабжения и выпол­нены с плоскими панелями.