Сонячний колектор

1 Сонячний колеісгор, що містить корпус з прозорим для світла покриттям, теплоізоляцію, яка розташована на днищі корпуса, а також поглинач сонячної енергії, який розташований між прозорим для світла покриттям і тепловою ІЗОЛЯЦІЄЮ З утво ренням повітряного зазору над поглиначем та під ним, який відрізняється тим, що у повітряному зазорі між поглиначем і теплоізоляцією встановлений щонайменше один екран з матеріалу з низьким коефіцієнтом поглинання теплової радіації 2 Сонячний колектор за п 1, який відрізняється тим, що щонайменше верхній екран, який встановлений під поглиначем, має відбортовку вздовж бокових стінок корпусу з утворенням повітряного зазору між ними Винахід відноситься до геліотехніки, конкретно до плоских сонячних колекторів з прозорим для світла покриттям, і може бути використаний в системах сонячного теплопостачання Відомо СОНЯЧНИЙ колектор, до складу якого входять корпус з прозорим для світла покриттям, два шари теплової ізоляції, що міститься на днищі корпуса, а також поглинаюча сонячну енергію поверхня, яка міститься між прозорим для світла покриттям з утворенням повітряного шару над поглиначем Верхній більш тонкий шар ізоляції виконують з жаростійкого матеріалу, наприклад, з скловати, а нижній більш товстий шар ізоляції виконують з більш високими теплоізоляційними властивостями, наприклад, з пеноуретана (заявка Японії №59 - 297 92 від 23 07 84р , кл F24 J3/02) Недоліком відомого сонячного колектора є висока температура внутрішньої поверхні нижнього шару ізоляції, що стикується з верхнім більш тонким шаром жаростійкої ізоляції, яка характеризується високим коефіцієнтом поглинання теплової радіації, що призводить до значних втрат тепла Японії №59 - 3465 від 31 08 84р , кл F24 J3/02) Недоліком відомого сонячного колектору є висока температура на поверхні теплоізоляції, що найбільш наближена до поглинача, та яка має високий коефіцієнт поглинання теплової радіації, що призводить до значних втрат тепла крізь ІЗОЛЯ крізь ІЗОЛЯЦІЮ Найбільш близьким до технічного рішення, що заявляється, та прийнятого як прототип, є сонячний колектор, що містить корпус з прозорим для світла покриттям, теплоізоляцію, яка розташована на днищі корпуса, та поглинач сонячної енергії, який розташований між прозорим для світла покриттям і тепловою ІЗОЛЯЦІЄЮ з утворенням повітряного шару над поглиначем та під ним (заявка ЦІЮ Основною задачею винаходу є вдосконалення сонячного колектора, в якому підвищення ефективності перетворення сонячної енергії в теплову забезпечується встановленням у повітряному зазорі між поглиначем і теплоізоляцією екрану з матеріалу з низьким коефіцієнтом поглинання теплової радіації, що призводить до зниження втрат тепла від поглинача крізь теплоізоляцію до навколишнього середовища і за рахунок цього ККД сонячного колектора збільшується Поставлена задача вирішується тим, що в сонячному колекторі, який містить корпус з прозорим для світла покриттям, теплоізоляцію, яка розташована на днищі корпуса, а також поглинач сонячної енергії, який розташований між прозорим для світла покриттям і тепловою ІЗОЛЯЦІЄЮ з утворенням повітряного зазору над поглиначем та під ним, ВІДПОВІДНО до винаходу, в повітряному зазорі між поглиначем і тепловою ІЗОЛЯЦІЄЮ встановлений, по крайній мірі, один екран з матеріалу з низьким коефіцієнтом поглинання теплової радіації При цьому, у крайньому разі, верхній екран, що встановлений під поглиначем, має відбортовку вздовж бокових стінок корпусу з утворенням повітряного о 00 48720 зазору між ними Встановлення у повітряному зазорі між поглиначем і тепловою ІЗОЛЯЦІЄЮ, у крайньому разі, одного екрану з матеріалу з низьким коефіцієнтом поглинання теплової радіації призводить до різкого збільшення (в декілька разів) термічного опору переносу тепла радіацією від поглинача до теплової ізоляції В результаті цього тепловий потік радіацією від поглинача до теплової ізоляції у зрівнянні з тепловим потоком теплопровідністю та конвекцією стає незначним, що знижує температуру внутрішньої поверхні теплоізоляції і ВІДПОВІДНО втрати тепла крізь теплоізоляцію приблизно в 2 рази Відбортовка, по крайній мірі, верхнього екрану вздовж бокових стінок корпусу з утворенням повітряного зазору між ними призводить до зниження втрат тепла від поглинача крізь бокові стінки корпусу сонячного колектора (СК) Схема сонячного колектора, що пропонується, представлена на фіг 1 та 2, при цьому на фіг 1 показано поперечний переріз трубок СК, а на фіг 2 показано поперечний переріз гідравлічних колекторів СК СК містить корпус 1 з прозорим для світла покриттям 2, теплоізоляцію 3, яка розташована на днищі корпусу, а також поглинач 4 сонячної радіації, який виконаний, наприклад, з плавникових труб 5, що з'єднані гідравлічними колекторами 6, та який встановлений між прозорим для світла покриттям 2 і тепловою ІЗОЛЯЦІЄЮ 3 з утворенням повітряних зазорів над поглиначем та під ним В повітряному зазорі між поглиначем 4 і теплоізоляцією 3 встановлені екрани 7 і 8, які виконані з матеріалу з низьким коефіцієнтом поглинання, наприклад, з білої пластмаси, відполірованої зі сторони, що звернута до теплового джерела (до поглинача 4), або покриті алюмінієвою фольгою Екрани розташовані дистанційно проміж собою та поглиначем з утворенням повітряного зазору шляхом виконання профілів екранів у вигляді гофри, як показано на фіг 1 і 2, з поперечним розташуванням гофри екранів відносно одне одного У випадку виготовлення плоских екранів для їх дистанційного розташування можна виконувати вставки з низьким коефіцієнтом теплопровідності, наприклад, з пластмаси або дерева (не показано) При цьому напрямки гофри або вставок повинні були перпендикулярними напрямку труб 5 для зменшення теплопередачі конвекцією Гідравлічні колектори 6 укріплюються в бокових стінках корпусу 1 таким чином, щоб не призвести до навантаження екранів 7, 8 та до їх деформації під час експлуатації СК Сонячний колектор працює наступним чином Сонячна радіація, що поступає крізь прозоре для світла покриття 2, поглинається поглиначем 4, який нагрівається, перетворюючи енергію сонячної радіації в теплову енергію та передає її теплоносію, що циркулює в трубах 5 Частина теплової енергії від поглинача 4 загублюється в навколишньому середовищі в результаті власного низькохвильового випромінювання, а також через теплообмін конвекцією і теплопровідністю При чому з підвищенням температури тепло носія і ВІДПОВІДНО поглинача, наприклад, для високотемпературних СК, втрати теплової енергії суттєво збільшуються внаслідок появлення у цьому випадку переважного впливу втрат теплової енергії через власне теплове випромінювання поглинача у зрівнянні з втратами теплової енергії через конвекцією і теплопровідність В СК, що пропонується, основну частину власного теплового випромінювання поглинача сприймає екран 7, який має низький коефіцієнт поглинання теплової радіації, при чому більша частина потоку теплової радіації відбивається на поверхню поглинача і лише незначна частина цього потоку витрачається на нагрів екрана 7, який передає її далі наступному екрану 8 Так як температура екрану 7 значно менша ніж температура поглинача 4, то і частка теплового потоку випромінюванням від екрану 7 теж буде значно нижча, ніж від поглинача, що призводить до зменшення загальних втрат теплової енергії СК Наступний екран 8 в свою чергу відбиває частку теплового потоку, який поступає від екрану 7 зворотно на нього, а меншу частку передає теплоізоляції З В результаті відбивання більшої частини теплового потоку радіації екранами 7, 8 зворотно до джерел тепловиділення, якими є ВІДПОВІДНО поглинач 4 та екран 7, температура нагріву теплоізоляції 3 суттєво знижується у зрівнянні з СК без використання таких екранів Таким чином, установка у повітряному зазорі між поглиначем та теплоізоляцією, лише одного екрану з матеріалу з низьким коефіцієнтом поглинання теплової радіації дозволяє в декілька раз збільшити термічний опір потоку теплової радіації від поглинача до теплової ізоляції, що знижує температуру внутрішньої поверхні ізоляції і ВІДПОВІДНО втрати тепла крізь неї приблизно ВДВІЧІ При цьому ефективність використання запропонованого екранування поглинаючої поверхні СК, що працює з підвищеною температурою теплоносія, наприклад, в системах опалення, значно підвищується Ефективність використання екрану між поглиначем і теплоізоляцією розглянемо на наступному прикладі Густина теплового потоку від поглинача до ізоляції дорівнює ц = Цк + Цп, (1) де qi ак При використані проміжного екрану з полірованого алюмінію між поглиначем та тепловою ІЗОЛЯЦІЄЮ, ступень чорноти якого s eKp " 0,05, приведений ступень чорноти складає 8п Є ф = 1 / [(1 / Sc) - (1 / SeKp) - 1] = 1 / [(1 / 0,9) - (1 / 0,05 ) - 1 ] = 0,05, а коефіцієнт тепловіддачі радіацією буде а л е к р = 0,05 5,77 [(333 /100) - (313 / 1 0 0 ) 4 ] / (333 -313) = 0,39 Вт/(м 2 К) Таким чином, при використані проміжного екрану в конструкції СК екр , , ал « ак, тобто в даному випадку густиною радіаційної частини теплового потоку можна знехтувати Ефективність використання двох та більшої КІЛЬКОСТІ екранів значно менше, бо основну КІЛЬКІСТЬ радіаційного теплового потоку відбиває саме перший екран Тепер визначимо густину теплового потоку від зовнішньої поверхні теплової ізоляції для СК без екрану (фіг 3) та для СК з екраном (фіг 4) На фіг 3, 4- розміщення теплоізоляції відносно поглинача, а на фіг 3, 4 - розміщення теплоізоляції і екрану відносно поглинача Термічний опір (фіг 3) дорівнює Ri - R3a3 Ri, де R333, Ri - термічний опір повітряного зазору та теплоізоляції, Rm - S|3 / Я,із - термічний опір теплоізоляції товщиною 5, при коефіцієнті теплопровідності Я,, При цьому 1 / R333 = 1 / R + 1 / Rл, де R = 1 / ак + 1 / ак = 2 / ак - термічний опір конвективної складової теплообміну між поглиначем і тепловою ІЗОЛЯЦІЄЮ Rл = 1 / ал - термічний опір радіаційної складової теплообміну між поглиначем і тепловою ІЗОЛЯЦІЄЮ З урахуванням розрахованих значень коефіцієнтів тепловіддачі ал та а, одержимо такі результати Rл = 1/6,4 = 0,156 (м 2 К)/Вт R = 2/5 = 0,4 (м 2 К)/Вт R,3= 0,02/0,052 = 0,4 (м 2 К)/Вт R333 = 0,4 0,156/(0,4 + 0,156) = 0,11 (м 2 К)/Вт Ri =0,11 + 0,4= 0,51 (м 2 К)/Вт Термічний опір (фіг 4) дорівнює R2 = 2R + Rl3, де густиною радіаційного потоку знехтуємо, внаслідок того, що ал е к р « а Тоді, користуючись вище знайденими величинами значення алта ак, одержимо R2 = 2 0,4 + 0,4= 1,2 (м 2 К)/Вт З зовнішньої сторони теплоізоляції в умовах наявності вітру ан » 20 Вт/(м 2 К) термічний опір з цієї сторони дорівнює R H - 1 / a H = 1/20 = 0,05 (м 2 К)/Вт Тоді густина теплового потоку для схеми 1 без екрану qi = (Тс - Т а ) / (Ri + RH) = (60 - 15) / (0,51 + 0,05) = 80Вт/(м 2 К) та для схеми 2 з екраном q 2 = (Тс - Т а ) / (Ri +R H ) = (60 - 15) / (1,2 + 0,05) = 36 ВтДм 2 К) в-в 7 8