юг

Рис 12.1. Коллектор с ячежтой фермой прозрачвого ограждения (ФРГ, Н° 2522160)

И технологии изготовления гелиоколлекторов, с использованием более дорогих или дефицитных материалов.

Тенденции совершенствования гелиоколлекторов рассмотрены в ряде работ и наиболее полно представлены в отчете НИР, выполненной ВНИГПЭ[11].

Улучшение поглощаюпшх свойств достигают повышением пропускательной способности прозрачных ограждений и повышением поглоща-тельной способности панелей-поглотителей. Для увеличения пропускательной способности прозрачное ограждение выполняют выпуклым, гофрированным и пирамидальным {рис. 12.1). Для предотвращения запотевания прозрачного ограждения используют воздухоосушители. С целью снижения стоимости в качестве прозрачного ограждения используют полимерные материалы - пленки.

Улучшение поглощательных свойств поглотителя развивается в основном в двух направлениях: совершенствование селективных покрытий плоских панелей и разработка гофрированных или оребрен-; ных поверхностей. Первое направление достаточно подробно рассмот- j рено в гл. 3. Второе направление представляется весьма перспектив"!

Рис 12J. Коллеккф с гофра

—иным поглоииепем (Франция, Х» 2345672)

1 - прозрачное ограждение 2 - гофрированный поглотитель: 3 - теплоноапель- 4 тепловая изоляция

Рис 12J. Воздушный коллектор с гоф1жрованным перфорярованньш поглоттеяем (Франция К» 2535444)

ным, что находит подтверждение при анализе патентной литературы, выполненном в работе [И]. Создание гофрированных, сотовых или сребренных поверхностей позволяет улучшить поглощательную способность солнцеприемника в результате организации "ловушек" для солнечных лучей, а также уменьшает тепловые потери гелиоколлектора вследствие предотвращения или ослабления конвективных потоков воздуха, заключенного между прозрачным ограждением и солнцеприемником. Авторы работы [11] разделяют коллекторы с гофрированной поверхностью на три группы. Наиболее многочисленную группу составляют коллекторы, в которых гофрированный поглотитель образует совместно с прозрачным ограждением каналы для циркуляции теплоносителя {рис. 12.2).

Ко второй группе относятся коллекторы, в которых гофрированный поглотитель установлен с зазором относительно прозрачного ограждения, образуя канал для теплоносителя. К третьей группе относятся коллекторы, в которых гофрированный поглотитель находится в контакте с трубами для циркуляции теплоносителя.

В некоторых случаях канал для прохода теплоносителя образуют между двумя гофрированными поверхностями. Для гелиоколлекторов - воздухонагревателей гофрированная перфорированная перегородка устанавливается под прозрачным ограждением {рис. 12.3).

Рис 12.4. Гелиоколлектор с пластинчатым

оребреямм (США, Н° 3983861)

1 - трубопровод с теплоносителем; 2 -

ребра

9,

I I I .1 I I I г I I I I I I I I I I I -

Гелиоколлекторы с оребренной поверхностью могут быть двух типов. Большую часть конструкций составляют коллекторы, в которых ребра расположены перпендикулярно плоской пластине, при .этом теплоноситель в одних случаях подается вдоль ребристой поверхности, а в других - в канал, образованный поглотителем и дном корпуса. Другая группа ребристых поверхностей образуется установкой ребер перпендикулярно трубопроводам с теплоносителем (пластинчатое оребрение) (рис. 12.4) либо установкой радиальных ребер (спиральное оребрение) (рис. 12.5). Гелиоколлекторы такого типа в последнее время приобретают все более прочное положение на рынках сбыта. Помимо рассмотренных конструкций встречаются также гелиоколлекторы с ячеистым поглотителем, расположенным на стенке каналов для теплоносителя или на дне корпуса. В последнем случае трубопроводы для теплоносителя установлены на ячеистом поглотителе и имеют тепловой контакт со стенками ячеек. Встречаются также гелиоколлекторы с пористым поглотителем, но структура которого может быть размещена или на внешней поверхности канала для теплоносителя, или внутри канала, образованного пвозрачным ограждением и плоской пластиной.

Уменьшение тепловых потерь в ССТ достигается путем совершенствования теплоизоляции корпуса и применения двойного и даже тройного остекления. Наряду с этим одним из наиболее эффективных средств уменьшения теплопотерь является установка перегородок в пространстве между поглотителем и прозрачным ограждением, благодаря которым подавляются конвективные токи воздуха, находящегося в полости коллектора. Имеется большое число конструкций пере-

Рис 12.5. Гелиоколлектор со спиральными ребра.ми (Япония, Н» 55-17392)

1 - трубопровод с теплоносителем; 2 -спиральное оребрение; 3 - прозрачное ограждение; 4 — изоляция

I

Рис 12.6. Коллектор с щюзрачной анпвсоявективвой 11д)ег(фодкой

1 — прозрачное ограждение; 2 — прозрачная антиконвективвая перегородка; З — поглощающий элемент; 4 — теплоизоляция

городок, в ТОМ числе изготовленных из материала, прозрачного для солнечной радиации и поглощающего тепловую часть спектра {рис. 12.6), а также с использовнием замкнутых воздушных или вакуумированных камер.

В ряде конструкций для снижения тепловых потерь полость коллектора или зазор между слоями прозрачного ограждения заполняют газами, коэффициент теплопроводности которых ниже, чем воздуха.

Представляет интерес применение каналов для циркуляции теплоносителя, выполненных из прозрачного материала, например, из стекла или пластмассы. В этих случаях в каналы подается теплоноситель, зачерненный введенными в него теплопоглощающими добавками: сажей, суспензией углерода, графита и т.п. Этот прием может быть использован, как правило, в двухконтурных системах.

В последнее время с целью снижения затрат и экономии металла все большее внимание привлекают гелиоколлекторы из полимерных материалов. Так, например, авторами изобретения CCCPN" 1257371 предлагается солнечный коллектор из эластичного материала с прозрачным покрытием и теплоизолирующим слоем с каналами для прохода теплоносителя. Для повышения тепловосприятия путем увеличения времени облученности поверхности коллектора одна из боковых стенок корпуса жестко связана с основанием, а другая выполнена с возможностью перемещения. Благодаря тому, что ширина прозрачного покрытия меньше ширины поглощающей панели, а теплоизолирующий слой выполнен из эластичного материала с каналами для прохода теплоносителя, при изменении давления теплоносителя в каналах в зависимости от угла падения солнечных лучей, происходит изменение положения панели в пространстве {рис. 12.7).

Рис 12.7. Эластичный гелиоколлектор с изменением положяшя тепжшоспринимамидего элемента (СССР. Н» 1257371)

в - положение коллектора в дневные часы; б - то же, в утренние и вечерние часы ,

1 - прозрачное ограждение; 2 - эластичный поглощающий элемент; 3 - вспомогательные

каналы для теплоносителя; 4 — эластичная теплоизоляция

Рис 12.8. Гелиоприемник типа "труба в трубе"

1— внутренняя зачерненная труба;

2— внешняя прозрачная труба

Представляет интерес гелиоколлектор типа "труба в трубе", предложенный А.Ю. Орловым, внешняя труба которого выполняет роль прозрачного ограждения, а внутренняя зачерненная - роль тепло воспринимающего элемента {рис. 12.8). Коллектор укладывают на поверхности в виде спирали или змеевика. Достоинства такой конструкции заключаются в простоте и дешевизне изготовления и монтажа. Гелиоколлектор из полимерных труб не требует опорожнения или заполнения незамерзающими жидкостями в переходные периоды года.

Важным направлением совершенствования гелиоустановок является совмещение конструкции гелиоколлекторов с ограждающими. конструкциями зданий, что позволяет сократить дополнительные капитальные вложения в ССТ. Использование гелиоколлекторов в качестве ограждений балконов и лоджий, совмещенные с гелиокол-

лекторами конструкции кровель, гелиофермы находят все большее применение в зарубежной и отечественной практике проектирования и сооружения ССТ. Для несовмещенных установок представляется перспективным разработка сборных металлоконструкций (с использованием унифицированных элементов), обеспечивающих низкую стоимость и простоту монтажа.

Перспективы в разработке и использовании систем солнечного теплоснабжения представляются следуюшд1е. В области совершенствования систем сезонного горячего водоснабжения все большее применение должны найти прогрессивные решения, основные идеи которых рассмотрены в настоящей книге, а именно: использование суточного аккумулирования тепловой энергии; применение комбинаций гелиосистем с топливными и электрическими котельными и последовательным подогревом воды; использование теплонасосных установок, позволяющих снизить температуру в первичном контуре и тем самым повысить эффективность гелиоколлектора. Все большее применение должны найти ССТ для нагрева воды в открытых плавательных бассейнах, где в целях снижения теплопотерь в ночное время должны использоваться защитные пленки или полистироловые шары, которые днем удаляются с поверхности потоком верхнего слоя воды при опускании затвора. Простейшие гелиоустановки, в том числе с коллекторами из пластмасс и с открытым нагревом теплоносителя, могут быть повсеместно использованы для горячего водоснабжения душевых кабин на пляжах, в пионерских и молодежных лагерях, на полевых станах, в поселках сезонных рабочих и т.п. Низкая стоимость, транспортабельность, простота монтажа и ремонтнопригодность - основные требования к такого рода системам.

Можно рассчитывать, что в дальнейшем системы солнечного горячего водоснабжения найдут применение и в городской застройке в сочетании с системами центрального теплоснабжения. Установленные на крышах зданий гелиоколлекторы могут быть эффективно использованы для предварительного подогрева водопроводной воды, поступающей в систему горячего водоснабжения. В дальнейшем такого рода установки найдут применение и в промышленных зданиях.

Перспективы развития активных солнечных систем отопления в Нашей стране с учетом холодного климата связываются в основном с использованием двухконтурных систем и применением в первом контуре незамерзающих жидкостей. Наличие двух контуров приводит к необратимым энергетическим потерям, а также требуют использования дополнительных насосов, систем регулирования и т.п. Результаты исследований и практика эксплуатации солнечных систем теплоснабжения в режимах отопления зданий показывают, что эффективность таких систем резко снижается в зимний период. В этой связи можно