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

КОЛЛЕКТОРЫ С КИПЯЩИМ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕМ

В солнечном коллекторе вместо однофазного теплоно­сителя или воздуха может использоваться низкокипящий теплоноситель. Циркулировать кипящий теплоноситель может либо при помощи насоса, либо за счет термосифон­ного эффекта. В последнем случае конденсатор должен рас­полагаться выше коллектора.

Коллекторы с кипящим теплоносителем имеют ряд преимуществ: более высокие коэффициенты теплоотдачи, улучшение характеристик переходных процессов при из­менении метеорологических параметров.

Солнечным коллекторам с кипящим теплоносителем присущи и недостатки. Чтобы предотвратить замерзание, конденсатор термосифонной системы должен быть рас­положен внутри отапливаемого помещения. Стоимость теплоносителя достаточно велика. Нежелательна утеч­ка органической многофазной жидкости в окружающее пространство.

В качестве теплоносителя используется антифризы, хладагенты R-ll (CFC13), R-114 (C2F4C1).

Экспериментальные исследования при использова­нии хладагента R-11 показали, что КПД коллектора с кипящим теплоносителем на 6% выше КПД коллектора с однофазным жидким теплоносителем. Аналогичные ре­зультаты получены в системах горячего водоснабжения, использующих коллекторы кипящего типа с хладагента­ми R-11 и R-114 в качестве теплоносителя [82]. Исследо­вания коллектора с хладагентом R-11 показали также, что КПД этого коллектора сильно зависит от интенсивности

солнечной радиации и параметра (Гкон - Гкол)/5, где Гкон и г0л _ температура на входе в конденсатор и коллектор, К; S - интенсивность солнечной радиации, Вт/м2.

Схема установки с коллектором с кипящим теплоно­сителем показана на рис. 1.47. В установке используются плоский коллектор и конденсатор со змеевиковым теплооб­менником. В первом контуре циркулирует хладагент R-11, во втором между конденсатором и баком-аккумулятором циркулирует вода. Вспомогательный бак служит дублером и предназначен для обеспечения подачи воды потребителю при установленном значении температуры. Термосифон­ный процесс будет продолжаться, пока температура в кон­денсаторе ниже температуры насыщения поступающего в него пара теплоносителя первого контура.

1 - коллектор; 2 - конденсатор; 3 - насос; 4 - бак-подогреватель; 5 - вспомо­гательный бак; 6 - смешивающий вентиль; 7 - вода для восполнения бака

Математическая модель для расчета коллекторов кипя­щего типа приведена в работе [83]. В основу моделирования процессов теплопередачи в плоском коллекторе с кипящим теплоносителем положен метод, разработанный для расче­та коллектора с однофазным жидким теплоносителем. При этом предполагается, что хладагент кипит при постоянном давлении и, следовательно, при постоянной температуре.

Температура в конденсаторе определяется следующим выражением:

где Ткон, Ткип - температура конденсации и кипения тепло­носителя; R - газовая постоянная; аж - коэффициент те­плоотдачи жидкости; ркоз, ркип ~ давление соответственно в конденсаторе и на выходе из коллектора.

Исследования зависимости месячного значения исполь­зованной доли солнечной радиации от площади солнечного коллектора показали, что коллектор с кипящим теплоно­сителем имеет более высокие показатели [82].