него кладется отражательная пленка (фольга), затем в наклонном положении ио диагонали закрепляется металлическая сетка, предварительно окрашенная в черный матовый цвет. На сетку кладут небольшой слой (5— .10 мм) зачерненной стружки черного металла. Подвод холодного воздуха осуществляется через патрубок 6, а отвод нагретого воздуха — через патрубок 7. Сверху коллектор имеет остекление (рис. 85). Нагрев воздуха солнечной энергией осуществляется при его движении через слой стружки на сетке, который поглощает солнечную энергию. Внутренняя поверхность коллектора должна быть покрашена матовой черной краской. Необходимо обеспечить герметичность канала, по которому движется воздух.

Рие. 85. Воздушный солнечный коллектор матричного типа:

1 — корпус; 2 — тепловзоляцнз; 3 — отражательная пленка; 4 — еетка; 5 —стружка; 6 — подводящий патрубок; 7 — отводящий патрубок; 8 — остекление ,

Изготовление и установка аккумулятора теплоты.

Бак-аккумулятор горячей воды должен изготовляться промышленным способом. Водяной бак-аккумулятор теплоты может быть изготовлен из листовой стали, асбоцементного стекловолокна, бетона, а бункер галечного аккумулятора — из бетона или дерева с металлической обшивкой. Следует иметь в виду, что асбоцементный бак выдерживает температуру не выше 80 °С.

Резервуар должен иметь внутреннее защитное покрытие. Основание аккумулятора может быть выполнено из бетоиной плиты или залито при строительстве фундамента дома. Толщина тепловой изоляции составляет от 75 до 300 мм.

Трубопроводы и теплообменники для солнечных установок. Расход воды в солнечных установках может изменяться от 30 до 100 л/ч на 1 м^ лучепоглощающей поверхности КСЭ, точнее, 30—40 л/ч для водонагревателей с естественной циркуляцией воды, 40—60 л/ч для установок отопления н горячего водоснабжения с прину-

дительной циркуляцией, 70—100 л/ч для установок, используемых в плавательных бассейнах. При использовании антифриза, теплоемкость которого на 20 % ниже, чем воды, расход должен быть больше на 20 %. Скорость теплоносителя в трубопроводах должна быть равной 0,5—1 м/с. Диаметр трубопроводов можно определить по полезной мощности коллектора. Так, при КПД коллектора 0,5, плотности потока солнечной энергии 800 Вт/м^ и разности температур воды в КСЭ 10 °С расход теплоносителя равен 0,5-800/(1,16-10) =41,3 кг/(м2.ч). При площади поверхности КСЭ 20 м^ и скорости воды 1 м/с площадь поперечного сечения трубопровода составит 41,3-20/(1-ЗбОО-Щз) ==2,29-10-" м^ и его диаметр будет равен/"4-0,000229/я = 0,017 м. Скорость воды в водонагревателях с естественной циркуляцией равна 0,05—■ 0,1 м/с. Тогда при площади КСЭ 10 м^ удельном расходе воды 30 л/ (м^-ч) и скорости 0,1 м/с диаметр труб составит 32,6 мм.

Скорость воздуха .в воздуховодах принимается до 3 м/с. Удельная объемная теплоемкость воздуха в 3500 раз меньше, чем воды, и соответственно объемный расход воздуха в КСЭ составит 50—300 м^/ч на 1 м^ площади поверхности КСЭ. Диаметр воздуховодов в 30 раз больше диаметра трубопроводов для воды.

Теплопотери от трубопроводов существенно уменьшаются при применении теплоизоляции. Так, при диаметре трубы 20 и 48 мм без теплоизоляции теплопотери при разности температур воды и наружного воздуха 40°С составляют 27 и 57 Вт на 1 м длины трубы, а при применении теплоизоляции с коэффициентом теплопроводности 0,035 Вт/(м-К) и толщине 40 мм — 5,2 и 7,7Вт соответственно.

Трубопроводы следует прокладывать по кратчайшему пути между КСЭ, аккумулятором теплоты и потребителем в сухих местах с обязательным применением теплоизоляции и обеспечением возможности удлинения.

При разности температур 100°С удлинение составляет для стекла 0,45 мм/м, плексигласа 3,5, поливинилхлорида 3,8, полиэтилена 10, стали 1,2, меди 1,7, алюминия 2,4 мм/м.

Для передачи теплоты из КСЭ в аккумулятор исполь-" зуется теплообменник — это может быть змеевик внутри бака-аккумулятора, или рубашка вокруг его наружной поверхности, или отдельный противоточный теплообмен-

S

о

га S о.

g

I

га

я а о Ч о п

в-

IS

IS

а

s

(О

о а га е-

о

га

о

00

IS

а,

НИК. Коэффициент теплопередачи К составляет 300— 400 Вт/(м2-°С) для рубашки, 500—900 для гладкотруб-ного змеевика в неподвижной жидкости, 1000—2000 Вт/ /(м^-°С) для противоточного теплообменника, а для воздушного теплообменника /(=12-ь20 Вт/(м2-°С). При средней разности температур теплоносителей 8Х плотность передаваемого теплового потока составляет для указанных теплообменников 2,4—3,2; 4—7,2; 8—16 и 0,096—016 кВт/м^. Для нетеплоизолированного трубопровода коэффициент теплопотерь составляет 10 Вт/ /(м^-Х).

Теплообменник для передачи теплоты из аккумулятора к потребителю обычно имеет большие размеры по сравнению с теплообменником в контуре солнечного коллектора, и поэтому в большинстве случаев (кроме небольших установок) используются отдельные теплооб-менные аппараты противоточного типа.

При использовании воздушных коллекторов для нагрева воды требуется пластинчатый теплообменник типа воздух — вода, в этом случае обязательно применение ребер со стороны воздуха, так как теплообмен там происходит весьма неинтенсивно и коэффициент теплопередачи от воды к воздуху составляет 10—15 Вт/(м^-°С).

На рис. 86 показана схема солнечной установки отопления и горячего водоснабжения с необходимой арматурой и измерительными приборами. Для удаления воздуха в верхней точке установлен воздушник В, из нижних точек предусмотрен слив жидкости через дренажные вентили Д, на линии горячей воды установлен предохранительный клапан П, на линии возврата теплоно-носителя в КСЭ имеются запорные краны 3 (до и после насоса Я), расширительный бак РБ и обратный клапан ОК, на линии подачи водопроводной воды устанавливаются регулятор давления РД, запорный кран 3, обратный ОК и предохранительный П клапаны. Включение П выключение насоса происходит автоматически по разности температур в КСЭ и аккумуляторе. На схеме также показаны система автоматического управления (САУ), отопительные приборы (ОП), измерительные приборы — манометр М и термометры Т, линии холодной (ХВ) и горячей (ГВ) воды.

21. ПРОСТЫЕ СОЛНЕЧНЫЕ УСТАНОВНИ ДЛЯ ПРИУСАДЕБНЫХ И ДАЧНЫХ УЧАСТКОВ

Самый простой солнечный водонагреватель можно сделать, используя черный пластмассовый шланг, который для этого сворачивается в виде спирали в бухту и укладывается на южный скат наклонной крыши (рис. 87). Один конец шланга надевается на водопроводный кран, а второй соединяется с душем. Необходимую лу-чевоспринимающую поверхность и емкость этого водонагревателя можно обеспечить, выбрав соответствующую длину шланга, а регулируя краном расход воды, можно

Рис. 87. Простой водонагреватель из черного полиэтиленового нланга:

1 — шланг;2 ~ водопроводный

крав; 3 —душ; 4 — полимерная пленка; 5 — ящик

Р*с. 88. Пленочный водонагреватель:

/ — черная пленка; 2 — прозрачная пленка; 3 — штуцер для воды; 4^ теплоизоляция; 5 — прозрачная пленка; 6, 7 —воздушный клапан

получить требуемую температуру горячей воды. .Кольца бухты должны быть «слаблены, и для уменьшения тепловых потерь сверху можно натянуть прозрачную полимерную пленку, зафиксировав ее на высоте 15—25 мм от шланга с помощью деревянной рамы (ящика), снизу же под бухту шланга следует подложить металлический лист или фольгу с высокой отражательной способностью или хотя бы окрашенный в белый цвет лист фанеры. Лучевоспринимающая поверхность шланга длиной 100 м, внутренним диаметром 16 мм при толщине стенки 2 мм составляет 2 м^, а его емкость 0,02 м^. Для того чтобы нагреть 1 кг воды от 15 до 40 °С, требуется 105 кДж теплоты.

В летний период в Подмосковье на 1 м^ лучеприем-ной поверхности в день поступает в среднем 19,5 МДж солнечной энергии. 11ри КПД 0,3 количество получаемой

полезной теплоты с площади 2 м^ за день составит 19,5Х " X0,3-2= 11,7МДж. Задень можно получить 110кг воды с температурой 40 °С. Это эквивалентно 5,5 полной емкости шланга. Нагретую воду можно собирать в теплоизолированный резервуар, из которого затем вода будет использоваться для ванны, душа и т.п. При продолжительности инсоляции 8,5 ч в день среднечасовой расхо,д воды равен 13 кг/ч, или 1,8 г/с на Im^ площади поглощающей поверхности. Скорость воды равна 0,018 м/с.

Нетрудно изготовить водонагреватель из черной и прозрачной прочной полимерной пленки в виде мешка, дно которого выполнено из черной пленки, верхняя выпуклая поверхность — из прозрачной пленки, а между ними находится вода (рис. 88). Заполнение и опорожнение водонагревателя производится через штуцер соответственно утром и вечером. Для уменьшения тепловых потерь водонагреватель может быть снабжен теплоизоляцией снизу и прозрачной изоляцией. Водонагреватель переносной, и его можно использовать дома, на даче, на пляже, в туристских походах и т. п. Для получения горячей воды достаточно поместить его на солнце, например на крыше автомобиля.

Выполним прикидочный расчет количества горячей воды, которое можно получить за день в южных районах страны. Примем, что в летний период поступление солнечной энергии составляет в среднем 21,9 МДж/м^ вдень (для условий Алма-Аты, май — август) и КПД водонагревателя равен 0,4. Тогда полезное количество теплоты составит Qn = 8,76 МДж/м^ в день. При разности температур горячей и холодной воды А^=45—15=30С количество горячей воды, получаемой с 1 м^ площади водонагревателя, составит G = Qn/(CpA^) =8,76: (4,19х XlO-3-ЗО) =70кг в день. Следовательно, емкость водонагревателя должна быть равна 70 л, а толщина слоя воды 70 мм.

Без сомнения, описанные водонагреватели являются весьма примитивными устройствами, и их эффективность довольно низкая. Значительно эффективнее компактные водонагреватели, достаточно подробно описанные в §3 (см. рис. 25—27). Отличаясь простым устройством и низкой стоимостью, они обладают достаточно высоким КПД. Возможны различные модификации указанных конструкций. В частности, водонагреватель, показанный на рис. 25, может содержать несколько цилиндрических