Жилые дома с автономным солнечным теплохладо - снабжением

ЭФФЕКТИВНОСТИ КОЛЛЕКТОРА, ИЛИ КОЭФФИЦИЕНТ ЕГО ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ

Способность коллектора улавливать и полезно использовать солнечное излучение выражается с помощью понятия эффек­тивности, или коэффициента полезного действия коллектора. Изготовители коллекторов в своих каталогах помещают данные с графическими изображениями таких коэффициентов. Эффек­тивностью, или коэффициентом полезного действия коллектора можно назвать величину, определяемую отношением количест­ва реально получаемого тепла к общему потоку излучения, поступающего на коллектор.

Теплопроизводительность плоских коллекторов Qc (рис. 2.15) можно рассчитывать, если из всего потока излучения, прошед­шего через прозрачную изоляцию (стекло) и поглощенного тепловоспринимающей плитой, вычесть ту его часть, которая рассеялась в окружающее пространство от нагретой пластины:

Qc = (т«)еМс- ULAC (tp -*a)= (1)

=F'Ac {(т«)е І - UL (tw - ta)} ккал/ч, (2)

РИС. 2.15. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СОЛНЕЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ТЕПЛО ПЛОСКИМ СОЛНЕЧНЫМ КОЛЛЕКТОРОМ [УКАЗАНЫ ПОТЕРИ И ПО­ЛЕЗНАЯ ВЫРАБОТКА ТЕПЛА В ККАЛ/(М"-Ч)]

А — селективный поглотитель (коэффициент поглощения U, yj, коэффициент из­лучения 0,10) теплопроизводительностью 284 ккал/(м2-ч1; коэффициент полезно - ' г° действия 0,473; б — поверхность, окрашенная черной краской (коэффициент поглощения = коэффициенту излучения = 0,97; теплопроизводительность 155 ккал/(м2-ч); коэффициент полезного действия 0,258); 1 — плотность потока солнечного излучения; 2 — стекло; 3 — тепловоспринимающая плита; 4 — тепло­изоляционный материал; 5 — корпус. Температура окружающей среды 30°С, ско­рость ветра 3 м/с.

Где Д. — площадь тепловосприяимающей пластины, обычно берется площадь прозрачного покрытия пластины (стекла);(ТО0е — произведение коэффициента по­глощения солнечного излучения поверхностью плиты И и коэффициента пропус­кания солнечного излучения стеклом Т. Эта величина не является простым про­изведением двух коэффициентов; она включает фактические изменения опти­ческих параметров системы за счет многослойного отражения от поверхностей стекла и пластины, а также зависимость оптических свойств поверхности от угла падения солнечных лучей. Ці, называют общим коэффициентом тепловых по­терь.

В формуле (1) используется значение средней температуры нагреваемой тепловоспринимающей пластины tp, а в формулу (2) введено значение средней температуры теплоносителя. В формулу (2) введен также коэффициент F,' выражающий сопро­тивление передаче тепла от тепловоспринимающей пластины к теплоносителю. Коэффициент /^определяется такими парамет­рами, как теплопроводность пластины, ее толщина, расстояние между трубами и др., и обычно его значение составляет 0,95.

Итак, эффективность, или коэффициент полезного действия коллектора, можно выразить следующей формулой:

В этой формуле Си> - является переменной величиной, a Ut определяет скорость изменения КПД в зависимости от переменной величины. Как показано на рис. 2.16, обычно коэффициент полезного действия коллектора изображается прямой, идущей вправо вниз.

Высококачественный солнечный коллектор имеет высокие значения F'H(xa)eH низкие значения UL• Для увеличения та используют стеклянные покрытия с высоким коэффициентом пропускания т и увеличивают коэффициент поглощения сол­нечного излучения а тепловоспринимающей панелью. Обычно применяют стеклянные полуармированные покрытия, у кото­рых коэффициент пропускания по отношению к прямым солнеч­ным лучам составляет 0,87, а толщина покрытия - 3,2 мм. Для высококачественных плоских коллекторов применяют прозрач­ное стекло с малым содержанием железа, коэффициент пропус­кания которого достигает 0,91. Иногда используют пленочные покрытия на основе фторсодержащих полимеров, у которых коэффициент пропускания тоже очень высокий. Комбинируя эти два вида материалов, создают надежное покрытие с коэффи­циентом пропускания 0,9.

Чтобы уменьшить и^, обычно улучшают теплоизоляционные качества всего коллектора: используют покрытия из двух слоев стекла, оснащают поверхность селективно-поглощающей плен­кой, увеличивают толщину изоляции днища металлического корпуса и т. д.

Из рис. 2.15 видно, что при использовании селективно-погло­щающей пленки потери тепла излучением от тепловосприни­мающей плиты гораздо меньше, чем в случае, когда ее поверх­ность окрашена черной краской, поэтому коэффициент полезно­го действия становится значительно выше. Однако здесь имеет­ся опасность, что если коэффициент поглощения « селективно- поглощающей пленки будет ниже, чем у чёрной краски, то КПД селективного коллектора станет меньше, чем черного.

Изображенные на рис. 2.16 прямые показывают значения КПД коллекторов в определенное время суток, вычисленные на основе американских расчетных методик для периода, когда поток солнечного излучения является стабильным и угол его падения близок к прямому. Поскольку Ur. является в некоторой степени величиной переменной, зависящей, например, от тем­пературы тепловоспринимающей пластины^, рассматриваемые зависимости не всегда представляют собой прямые линии, а точка пересечения линии КПД с осью абсцисс соответствует максимальной температуре тепловоспринимающей пластины.

Максимальная температура тепловоспринимающей плас­тины

(Tpmax)Ш {(тоОе'/^Ь + 'а)-

Эта величина имеет важное значение при определении необ­ходимых пределов термостойкости теплоизоляционных мате­риалов коллекторов и при расчетах надежности их устройства.

На рис. 2.16 представлены также данные, характеризующие Два вакуумированных трубчатых коллектора. Кривой Е обозна-

■'•В гораздо большей степени зависит от скорости ветра, чем от температуры пластины. (ПриМеч. ред.) Чен коэффициент полезного действия, вычисленный по отноше­нию к потоку излучения, поступающего за день на тепловоспри - нимающую пластину коллектора. Кривой D отмечен коэффи­циент полезного действия, который был определен с учетом по­тока излучения, поступающего за день на суммарную (или полную) площадь коллектора, как в случае плоского коллек­тора.

В каталогах фирм-изготовителей коллекторов в основном указаны характеристики плоских коллекторов. Однако при сравнении качеств коллекторов следует учитывать особенности условий их использования: температуру нагревания, цену от­дельных узлов конструкций, стоимость монтажа и занимаемое пространство.

Различают несколько видов КПД: КПД коллектора за полный день, выражающий отношение суммарной дневной выработки тепла к приходу солнечного излучения за день; КПД всей систе­мы, включая теплопотери коллекторных труб, и др.

В формулах приняты обозначения:

Qc - теплопроизводитель (или выработка тепла), ккал/ч; I - средняя за день плотность потока излучения, поступающего на тепловоспринимающую пластину коллектора, ккал/(м^.ч); F'- коэффициент эффективности теплоприемной пластины; тіс - мгноввенный коэффициент полезного действия; tp - температу­ра тепловоспринимающей пластины, °С; Ta - внешняя темпера­тура, °С;Ас - площадь тепловоспринимающей пластины, м^; Ul

- суммарный(или общий) коэффициент теплопотерь коллектора, ккал/(м2.ч.°С);(та)е- произведение коэффициентов пропускания стекла и поглощения поверхности плиты; Л cd ~ КПД за полный день; Tw - средняя температура собираемого тепла (теплоноси­теля), °С; Twmax _ максимальная температура теплоносителя,