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

Поглощающая панель

В соответствии с [34] поглощающая панель солнечного коллектора - конструктивный элемент, в котором проис­ходит преобразование солнечной энергии в тепловую. Ре­гламентированы следующие понятия, характеризующие поглощающую панель: площадь, коэффициент эффектив­ности, удельный расход теплоносителя, равновесная тем­пература, вид поглощающего покрытия.

Основные технические требования к поглощающей па­нели определены ГОСТ Р 51595-2000. Стандартом СССР [24] дополнительно регламентировались значения произ­ведения оптического КПД коллектора и коэффициента эф­фективности, произведение общего коэффициента тепло­вых потерь коллектора и коэффициента эффективности поглощающей панели, а также степень черноты поверхно­сти панели с селективным поглощающим покрытием.

Стандарты ведущих в производстве солнечных коллек­торов зарубежных стран предусматривают дополнитель­ные требования к поглощающей панели. Так, стандарт Израиля [52] регламентирует минимальную толщину ли­стового металла и труб поглощающей панели, показатели селективности покрытий, соответствие применяемых ма­териалов национальным и немецким стандартам.

Б. В.Тарнижевским и И. М.Абуевым [53] выполнен ана­лиз следующих материалов поглощающей панели: стали (низкоуглеродистой 08кп, латунированной 08кп, с алюми­ниевым покрытием), алюминиевых сплавов (АД-1, АД-31, АМЦ, АМЦ плакированный, АЦ-2 с обработкой по методу Степанова), коррозионностойкой стали (12Х18Н10Т ау­стенитной, 08Х18Т4 ферритной, типа 18 % Gr + 2 % Мо), сплавов на основе меди (латуни), пластмасс. Рассмотрены такие свойства и показатели: термостойкость, стойкость к химической и электрохимической коррозии, к разруше­нию от замерзания теплоносителя, теплофизические па­раметры, технологичность, срок эксплуатации, стоимость и расход на 1 м2. Установлено, что для стоимостных усло­вий 1984 г. наиболее полно отвечают вышеперечисленным
требованиям сплавы на основе меди и коррозионностойкой стали.

Для аналитического описания процессов теплообмена в поглощающей панели наибольшее распространение полу­чила формула [56, 65, 66]:

(ЗЛО)

где Кпр - приведенный коэффициент теплопередачи; dH - ширина теплоотводящего канала, непосредственно по­глощающего солнечную радиацию; Хв, Хст - коэффициенты теплопроводности воздушного зазора лучепоглощающей панели и теплоотводящего канала и стенки теплоотводя­щего канала соответственно; 5вп - толщина воздушной про­слойки между лучепоглощающими панелями и теплоот­водящим каналом; 8ст - толщина стенки теплоотводящего канала; bv Ъ2 - периметры поперечного сечения внутрен­ней поверхности лучепоглощающей панели и наружной поверхности теплоотводящего канала.

Выражение (3.10) дает возможность провести все­сторонний теплотехнический анализ той или иной кон­струкции теплоприемника, установить влияние толщи­ны теплового зазора между лучепоглощающей пластиной и теплоотводящим каналом, расхода теплоносителя, а также параметров лучепоглощающей пластины и стенок теплоотводящего канала на эффективность поглощающей панели. Кроме того, формула (ЗЛО) позволяет провести те­плотехническую оптимизацию как отдельных узлов, так в целом поглощающей панели.

Основной эксплуатационной составляющей затрат при работе солнечных коллекторов (за исключением термоси­
фонных гелиоустановок) является расход электрической энергии на циркуляцию теплоносителя. При работе кол­лекторов в термосифонных гелиоустановках их гидравли­ческое сопротивление преодолевается подъемной силой те­плоносителя возникающей за счет разности его плотностей в коллекторах и баке-аккумуляторе. Анализ функциони­рования коллекторов в таких системах приведен в работах [67, 68].

В соответствии со стандартом России [35] основ­ной гидравлической характеристикой коллектора яв­ляется зависимость перепада давлений от массового расхода удельного теплоносителя. Согласно выводам Дж. У.Даффи и У. А.Бекмана [63] оптимальный расход те­плоносителя через коллектор стремится к бесконечности. При этом зависимость КПД гелиоустановки от расхода жидкости носит асимптотический характер. Увеличение расхода теплоносителя свыше 0,015 л/(м2-К), приводит к небольшому увеличению выработки тепловой энергии. Б. Андерсен в монографии [69] указывает, что при констру­ировании коллектора необходимо стремиться к обеспече­нию равномерного потока теплоносителя, низкому пере­паду давления, простоте изготовления и малой стоимости. Уменьшение диаметра каналов для теплоносителя менее 10 мм может создавать проблемы его слива из коллектора и опасность размораживания. В книге [60] под редакцией Э. В.Сарнацкого и С. А.Чистовича приводится графическая зависимость коэффициента теплопередачи внутренней по­верхности каналов коллектора от расхода теплоносителя. Установлено, что оптимальный расход теплоносителя со­ставляет 10-40 кг/м2-ч. Расчетные методики определения гидравлических характеристик коллектора приведены Н. В.Харченко в работе [70], в отчете НПО «Солнце» [58]. Вопросы регулирования гелиосистем с принудительной циркуляцией теплоносителя описаны А. Р.Фертом [71]. М. И.Валовым и соавторами предложено определять опти­мальное значение удельного расхода теплоносителя из условия минимума приведенных затрат в гелиосистему и максимального годового экономического эффекта от ее внедрения [72]. Результаты исследований гидравлических характеристик солнечных коллекторов приведены автора­ми статей [73, 74].

Таким образом, достаточно полно исследованы тепло­технические и конструктивные характеристики поглоща­ющих панелей солнечных коллекторов, однако практиче­ски отсутствует методика их стоимостной оптимизации в зависимости от указанных характеристик.