СОЛНЕЧНЫЕ НАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ.

Энергия Солнца используется для нагревания воды, воздуха, в дистилляторах, зерносушилках, для обогрева или охлаждения помещений.

Нагревание воды в солнечных нагревательных системах осуществляется приёмником, в котором происходит поглощение солнечного излучения и передача энергии жидкости. Рассмотрим некоторые типы нагревательных систем с плоскими приёмниками.

Простейший нагреватель воды – это открытый резервуар, расположенный на поверхности земли. Ёмкость с водой нагревается солнечным излучением. Повышение температуры ограничено передачей тепла земле, испарением воды, радиационными и конвективными потерями, а также низким коэффициентом поглощения воды (<<1). Нагревание можно улучшить, сделав теплоизоляционную подставку, закрыв резервуар, окрасив его в чёрный цвет и поместив его в контейнер с прозрачной для солнечного излучения стеклянной крышкой. Конструкция такого нагревателя приведена на рисунке 2.2.1. Здесь:1- резервуар, 2- контейнер, 3- верхнее стекло, 4- теплоизоляция, 7- потери через дно, 5- радиационные потери, 6- конвективные потери.

Стеклянная крышка в 4 раза повышает сопротивление потерям тепла от нагретой воды. Нагреватель позволяет повышать температуру воды более, чем на 50°С.

Конструкция металлического проточного нагревателя приведена на рис.2.2.2. Здесь: 1- металлическая труба- змеевик на металлической теплопоглощающей плите, 2- контейнер, 3- верхнее стекло, 4- теплоизоляция.

Рис.2.2.1.Простейший нагреватель воды Рис. 2.2.2. Металлический проточный нагреватель

Система отопления с приемником в виде металлического проточного нагревателя 1 представлена на рис.2.2.3. Она содержит изолированный накопитель 5, насос принудительной циркуляции 2, автоматический регулятор 3, трубопровод 4.

Рис. 2.2.3. Система отопления с металлическим проточным нагревателем

Селективные поверхности хорошо поглощают солнечные излучения в коротковолновом диапазоне и одновременно плохо излучают в длинноволновом диапазоне. Такими свойствами обладают полупроводники, но они хрупки, имеют низкую теплопроводность и дороги. Металлы прочны, хорошо проводят тепло, но хорошо отражают в видимой и инфракрасной областях спектра. Такие характеристики могут быть получены при использовании медной пластины, покрытой слоем окиси Сu₂O. Принцип действия селективных поверхностей показан на рис.2.2.4, где 1- слой двуокиси

меди, 2- медная пластина.

Слой полупроводника Сu₂O хорошо поглощают солнечное коротковолновое излучение 3 (коэффициент поглощения для волн длиной 1мкм кв=0,85) и передаёт тепло металлу. Сам металл Сu слабо излучает в длинноволновом диапазоне 4 (коэффициент излучения при длине волны 10 мкм дв=0,1).

Изготовление селективных поверхностей дорого. Дороже, чем простая чёрная окраска, поэтому их следует применять при рабочих температурах сотни градусов.

Вакууммированные приёмники, рис.2.2.5, применяются для повышения t° до 90…100°С. Для уменьшения конвективных потерь приёмник тепла, стеклянная трубка 1 с селективным покрытием, в которой протекает нагреваемая вода помещается внутри другой стеклянной трубки 2, а из пространства между трубками выкачивается воздух.

Приёмник тепла воспринимает направленное и рассеянное солнечное излучение.

Рис.2.2.4.Селективные поверхности Рис.2.2.5.Вакууммированный приемник

Солнечные пруды, рис.2.2.6, могут быть использованы для нагрева большого объёма жидкости до t°100°С. В водоем, вырытый в земле, заливается вода в три слоя. Верхние слои (пресная 3 и солёная 2 вода) играют роль теплозащитной крышки. Солнечное излучение поглощается дном водоёма и нагревает придонный слой очень солёной воды 1 толщиной около 0,5 м. Её плотность такова, что даже сильно нагретая, она тяжелее, чем вода в верхнем слое. Поэтому конвекция между слоями не происходит. Повышение температуры ограничивается тепловыми потерями солнечного излучения через верхние слои воды. Высокая теплоёмкость и термическое сопротивление воды позволяют сохранять тепло длительное время.

Солнечные отопительные системы могут быть пассивными и активными.

Пассивные солнечные отопительные системы содержат нагреватели воздуха, в которых энергия передаётся воздуху от поглощающей поверхности.

Для улучшения теплопередачи приёмную поверхность выполняют шероховатой, с канавками для увеличения площади и усиления турбулентности, необходимой для теплопередачи в воздухе. Пассивная отопительная система, рис.2.2.7, содержит массивные приёмные площадки 1 с чёрной поверхностью, обращённой к Солнцу, и усиленную теплоизоляцию.

Рис.2.2.6. Солнечный пруд Рис.2.2.7.Пассивная солнечная отопительная система

Должна быть обеспечена качественная теплоизоляция и исключены сквозняки. Расположением и конструкцией окон должен быть обеспечен максимальный поток солнечного излучения, проникающий в здание. Если проект выполняется для высоких широт, то большая часть солнечных лучей попадает на вертикальные стены, а не на крышу. Обращённые к солнцу поверхности должны быть чёрного цвета, а стены – массивными. Недостатки такого проекта – то, что дом нагревается только к середине дня, в нём может быть слишком жарко в течении дня, особенно летом.

Активные солнечные системы используют внешние нагреватели воздуха или воды. Такие системы лучше контролируются и могут быть установлены на уже существующие здания. Использование водонагревательных систем требует наличия теплообменников, для воздухонагревательных систем нужны воздухопроводы. Циркуляция теплоносителей осуществляется с помощью насосов, вентиляторов. Активные системы сложнее и дороже пассивных.

Охлаждение воздуха с использованием солнечной энергии осуществляется в абсорбционных холодильниках, рис.2.2.8.

В обычном компрессионном холодильнике рабочая жидкость испаряется в испарителе при пониженном давлении, создаваемом перед компрессором. При этом из охлаждаемого помещения отбирается тепло. Затем рабочая жидкость поступает в конденсатор, где конденсируется при повышенном давлении за компрессором и отдаёт тепло в окружающую среду.

В абсорбционном холодильнике это повышение давления создаётся разностью давлений паров рабочей жидкости над концентрированным раствором абсорбента (бромид-лития) в генераторе 1 и над разбавленным- в абсорбере 2. Солнечное тепло подводится к генератору и испаряет рабочую жидкость. При нагревании там повышается давление пара и становится равным давлению насыщения в конденсаторе. Пар по паропроводу 5 под давлением поступает в конденсатор 6 с разветвлённой теплоотдающей поверхностью. Там он конденсируется и отдаёт тепло, а затем по конденсатопроводу 7 поступает в испаритель 8. В испарителе отбираемое тепло охлаждаемого помещения расходуется на нагрев воды и её испарение. Далее вода поступает в абсорбер. Она как бы втягивается туда – абсорбируется бромидом лития и частично растворяет его. Слабый более лёгкий раствор по трубке 3 поднимается

в генератор, а концентрированный (выпаренный) раствор из генератора по трубке 4 переходит в абсорбер.

Обычные компрессионные холодильники для охлаждения пищевых продуктов могут получать питание от солнечных батарей, т.е. тоже использовать для охлаждения солнечное тепло.

Рис.2.2.8.Функциональная схема абсорбционного холодильника.

Опреснение воды может быть осуществлено в простом солнечном дистилляторе – бассейне 1 с чёрными стенками и дном, заполненного водой и накрытого прозрачной паронепроницаемой крышкой 3, рис.2.2.9.. Крышка наклонена к потоку излучения. Во время работы дистиллятора поток солнечной энергии проходит через крышку, нагревает воду, которая испаряется.

Водяной пар 2 вследствие тепловой конвекции поднимается вверх с нагретой поверхности и конденсируется на холодной крышке, а затем капли конденсата 4 скатываются по крышке в приёмный жёлоб 5.

Производительность такого опреснителя при потоке излучения 0,5 кВт/м² при удельной теплоте парообразования воды 2,4 МДж/кг невелика и составляет около 8,3 л/м² в день.

Рис.2.2.9.Функциональная схема солнечного дистиллятора

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: