Удельный расход воды с =const

я = и/вс^.

(6.18)

КПД солнечного коллектора может быть определен по формуле П = qc^[(p^esls +Pd е D^W-(Ibx- ^о)/(^Л +Pd^d)]-(6.19

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

Велечины в, и и /определяют расчетным путем или экспериментально в лабораторных и натурных условиях. Экспериментально, как правило, определяют (/(габл. 6.1.).

6.1. Приближенные значения вяи для выпускаемых СЗН

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

Для иллюстрации предложенной методики ниже приведено несколько примеров СВН.

Щншф 1. Определить равновесную температуру СВН с одинарным и двойным остекле-йием при интенсивности прямой солнечной радиации Pj/j = 600 Вт/м^ и рассеянной — Pd^D ~ 200 Вт/м^ при температуре окружающей среды = 25 °С и скорости ветра 5 м/с.

Для СВН с одинарным остеклением

Гр = (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.

Оример 2. Определить удельный расход воды с температурой 55 "С для условий, приведенных в примере 1, если температура холодной воды Т^^ - 15 °С.

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

q = 8/(4,19 •10-3-0,62) = 3,10 -Ifl-^ кг/м^-с; для СВН с двойным остеклением

Я = 5/(4,19 •Ю-З -0,50) = 2,39-Ю^ кг/м^-с.

Примф 3. Определить удельный расход воды с температурой 55 °С для солнечных коллекторов с одинарным и двойным остеклением при интенсивности солнечной радиации Ps^s ^ ^"0 Вт/м^ и P]-,qj3 = 100 Вт/м^, температуре окружающей среды + 5 °С и скорости ветра 10 м/с. Температура холодной воды Т^^^ = +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 остекйе-нием В2 = (55 - 5)/(64 - 5) = 0,85 и /(В2) = 2. Удельный расход воды

q =5,5/(4,19 -10-3.0,85) = 1,55-10-3 ^г/ .

U. РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕННИКОВ И ВАКОВ-АККУМУЛЯТОЮВ

В двухконтурных системах солнечного тепло- и хладоснабжения используют как проточные, так и емкостные теплообменники. При расходах теплоносителя, превышающих 2000 кг/ч, рекомендуется применять водоводяные секционные подогреватели, а при меньших расходах - теплообменники типа ТТ - "труба в трубе" (рис. 6.4, табл. 6.2). Проточные теплообменники систем солнечного тепло- и хладоснабжения подключают по противоточной схеме.

6J. Техничесйме характеристики теплообменников типа ТЦ разработанных ВНИИнефтемаш

Тип теплообменника

ТТ1-25/38-10/10 ТТ2-25/38-10/10

t3 „Р^

т

130

чооо

камера

Расчет скорости теплообменников, включенных в установки солнечного теплоснабжения, выполняют по известным зависимостям, в том числе по выражениям, определяющим понятие эффективности теплообменника (метод £ - NTU):

IV(T -Т ) I вых вх

W (Т -1 ~) min вых вх

IV(T -Т ) в г.в х.в

W (Т -Т ) min вых вх

с l-expr-NTU(l-i?)] ^

io°i_jR Г-ЫТи(1-Л)] ехр

(6.20)

(6.21)?

где € ^ — эффективность теплообменника; tV^; tV^ — соответственно водяные эквиваленты расходов теплоносителя н воды; R = ^min^^max ~ отношение минимального и максимального из двух водяных эквивалентов расходов теплоносителя и подогреваемой среды, проходящих через теплообменник; NTU — так называемое число единиц переноса тепла . (Т- температура, U - приведенный коэффициент теплопередачи): NTU = ^fjo/^min """^ t — коэффициент теплопередачи, Вт/ м2.°С ; — площадь поверхности нагрева, м^; T,_g, Т^ g — температура соответственно горячей и холодной воды.

Трудность расчета теплообменников при проектировании установок солнечного теплоснабжения связана с тем, что они работают при переменных температурах, а часто и непостоянных расходах теплоносителей. Поэтому на практике можно использовать упрощенные зависимости для определения необходимых площадей теплообмена

= Сер(^г.в

-Т^„)/3600 filn,

(6.22)

где G(,p - количество воды, нагреваемой за пддаод работы установки, кг; Г - продолжи-

тельность суточного цикла работы установки, ч; Д Т - средний температурный напор в теплообменнике, принимаемый не более 5 °С; - коэффициент теплопередачи, Bi/(m2.°C).

Значение к определяют по эмпирической формуле It = av5*/[1 + (V^2)*^

(6.23)

где а = 5500 для секционных водоподогревателей, а = 5150 для подогревателей типа ТТ; v^, \>2 — скорости движения теплоносителя соответственно в трубном и межтрубном сечениях теплообменника, м/с (значения скоростей vj и для секционных водоподогревателей следует принимать в пределах 0,3 ... 1 м/с, для теплообменников типа ТТ — 0,5 ... 1 м/с).

При использовании в солнечном контуре антифризов коэффициент теплопередачи уменьшают на 10... 15 %.

Гидравлическое сопротивление проточных теплообменников определяют по известным зависимостям или по приближенным формулам.

Для секционных водоподогревателей потери давления внутри труб и межтрубном пространстве соответственно равны:

ЛJ^ = SOOOvf^; ДР^ " «>8оо^ч для теплообменников типа ТТ

Д jPj = 8000vfz/n; = тОО\:^/п,

(6.24)

(6.25)

где 2 — число секций; п - число параллельных ходов (п = 1 для ТТ1 и п = 2 для ТТ2).

Формулы получены для воды; при использовании других теплоносителей потери давления могут быть определены из соотношения

А Р*= 2,1-10-^ APJhv^r^^^

(6.26)

Эффективность теплообменника, совмещенного с баком-аккумулятором (емкостной водонагреватель), работающего в режиме нагрева без отбора тепла (пренебрегая теплопотерями нагреваемой и нагревающей жидкостей и с учетом среднелогарифмического значения их разности) выражают известным уравнением (при Wg is^w^T )

f 6 = l-exp(-NTU6).

Удельную производительность за время Т находят из выражения

W т I

■б1Кон - Ч н8ч)/(Гвых - ^б1Н8ч) = 1 - ехр(-^ б ^•

(6.27)

(6.28) 153

б J. Техвическая характеристика змеевиков емкостных теплообменников

1

1,6

2.5 4

20 20 32 32

1680 2780 2300 3600

20,9 34,1 28,1 43,8

1,75 2,85 3,7 5,8

350 350 1000 1000

35

56,5 108 168

В аппаратах с гладкотрубными теплообменниками точное определение коэффициентов теплопередачи через внутреннюю и наружную поверхности достаточно сложно. Для их нахождения при свободном и вынужденном движениях сред существует целый ряд методических пособий и номограмм.

Расчет емкостных теплообменников также можно выполнять по формуле (6.22). При этом средний температурный напор следует принимать большим, чем в скоростных теплообменниках (10 ... 15 ^С), а коэффициент теплопередачи - 250 ... 300 Вт/(м2-°С).

Для серийных емкостных теплообменников типа СТД рекомендуется использовать гладкотрубные однопроходные змеевики (рис. 6.5, табл, 6.3). Гидравлическое сопротивление змеевиков определяют по формуле

4Р = 125(2 !/d + 940)v2.

(6.29)

где Z I — суммарная длина труб теплообменника, м; d — условный проход труб, м; v —; скорость теплоносителя в трубах, м/с.

б-б

Рис-6.5. Конструкция змеевика емкостного тешюобмеввшса пша СТД

На практике площадь проточных теплообменников принимают 0,05 ... 0,07 м^, а для емкостных 0,08 ... 0,12 м^ на 1 м^ солнечного коллектора.

Тепловой расчет баков-аккумуляторов выполняют по балансовым уравнениям, которые в общем случае имеют вид

Wg = dTg/d Т = W,(T,„, - Тз^) - W,(T6 - Т^з) - / (Tg - т^, где "Г—теплопотери, Вт/^С.

(6.30)

в случае ^-секционного бака-аккумулятора необходимо устройство автоматического управления, предотвращающего переход тепла от более нагретых секций к менее нагретым. Их работу описывают управляющие функции Ф^О, Ф^, определяемые как

Фн=

1-приТ11] >Тб[1];

0— в остальных случаях;

1— при работе насоса циркуляционного контура \ О — в остальных случаях .

(6.31)

Баланс энергии,-й секциид^-секционного бака записывают в виде

w^dT^liydi:: = Ф„Ф jiiw,(T,[i] - r^i + ц + W6(Tg[i] - Тб[.- + ij) + / - т„).

(6.32)

Решая уравнения (6.30) ... (6.32) с учетом начальных условий ^б " ^нач "Ри = 0)> находят изменение температуры воды в баке-аккумуляторе в предположении неизменности факторов в течение периода интегрирования уравнения

^б-^пред-(%ед-^нач)ехр(-ВГ ),

(6.33)

где Tjjpg^ — предельная температура, до которой можно нагреть данный бак при прочих заданных параметрах.

В = (^з+ r + VV^g jVWg.(6.34)

В случае ^-секционного бака (без стратификации в отдельных

секциях) выражения для расчета температур принимают следуюидай

вид: