Как выбрать гостиницу для кошек
14 декабря, 2021
Прозрачная изоляция солнечного коллектора — покрытие или система покрытий, расположенных над поглощающей панелью, прозрачных относительно солнечной энергии, предназначенных для снижения тепловых потерь в окружающую среду.
Стандарт России [34] устанавливает для прозрачной изоляции солнечного коллектора следующие основные понятия: коэффициент тепловых потерь через прозрачную изоляцию; полный коэффициент тепловых потерь. Данным стандартом регламентированы следующие технические требования к прозрачной изоляции: число слоев не ограничивается, допускается выпуск солнечных коллекторов без прозрачной изоляции; конструкция должна предусматривать возможность ее замены; срок службы прозрачной изоляции не регламентирован; прозрачная изоляция должна быть выполнена из стекла или полимерных материалов, устойчивых к атмосферным и эксплуатационным воздействиям.
Материалы для прозрачной изоляции, используемые в качестве единственного наружного слоя или при двухслойном прозрачном покрытии должны сохранять свои свойства при температуре от -45 до +100 °С, а для внутреннего слоя прозрачной изоляции — от -45 до +150 °С.
Стандартом СССР [24] кроме перечисленных требований, дополнительно регламентировались значения произ
ведения общего коэффициента тепловых потерь коллектора и коэффициента эффективности поглощающей панели при нулевой скорости ветра, Вт/(м2-°С), не более:
— для коллектора с одним слоем прозрачной изоляции и черным поглощающим покрытием — 5,8;
— с одним слоем прозрачной изоляции и селективным поглощающим покрытием — 3,9;
— с двойным слоем прозрачной изоляции и черным поглощающим покрытием — 4,3.
Данным стандартом также регламентировалась минимальная пропускательная способность одного слоя прозрачной изоляции при падении солнечных лучей по нормали к поверхности — 0,85.
Стандарты ведущих в производстве солнечных коллекторов зарубежных стран содержат дополнительные требования к прозрачной изоляции. Так, стандарт Израиля [52] предписывает обеспечить соответствие материалов прозрачной изоляции национальным нормам. Толщина стекла при соотношении сторон коллектора 1-1,5 должна приниматься не менее 2,3 мм, при соотношении сторон свыше 1,5 — не менее 3,3 мм.
Н. В.Харченко сформулировал следующие требования к материалам прозрачной изоляции [47]:
— высокая пропускательная и низкая отражательная способности для коротковолновой части спектра;
— высокая отражательная способность для инфракрасного излучения;
— достаточная механическая прочность;
— физико-химическая стабильность под действием ультрафиолетового излучения.
Под руководством Б. В.Тарнижевского выполнена оценка свойств материалов прозрачного покрытия: стекла (оконного, упрочненного, органического), поликарбоната, пленки (полиэтиленовой, фторсодержащей) [53]. Исследованы следующие параметры: коэффициент пропускания;
стойкость к высокой температуре, абразивному износу и радиационному старению; ударопрочность; конструктивная прочность; малая плотность и малая загрязняемость; хорошая очищаемость; срок службы, расход и стоимость материала на 1 м2 коллектора. Установлено, что наиболее полно удовлетворяют вышеперечисленным требованиям упрочненное стекло и поликарбонат. В ценах 1984 г. такое стекло в 4 раза, а поликарбонат в 27 раз дороже оконного стекла.
Аналитические методы описания процессов теплообмена при прохождении потока солнечного излучения через прозрачную изоляцию различаются используемой моделью. В основе одной из них — характеристики материалов изоляции, другой — потоки энергии. Согласно первой модели оптимальный КПД солнечного коллектора определяется соотношением количества солнечной энергии, поглощенной панелью и падающей на поверхность прозрачной изоляции коллектора. Такой подход характерен для исследований Московского инженерно-строительного института [54]. Р. Р.Авезовым в работе [56] предложено при определении коэффициента светопропускания прозрачного ограждения учитывать затенение переплетами корпуса и пылью.
Согласно второй модели оптический КПД солнечного коллектора определяется по формуле
_ Е <7тпс. Ло“ Е ’
7тпс =-^р-о(*р
где г|0 — оптический КПД солнечного коллектора; tp, tQ — температура теплопоглощающей панели и окружающего воздуха; Е — суммарная солнечная радиация в плоскости солнечного коллектора; дтпс — количество тепловой энергии, теряемой при прохождении солнечного излучения
через прозрачную изоляцию; К — коэффициент теплопередачи от теплопоглощающей панели к окружающему воздуху.
В статье [57] Ю. Л. Мышко и др. приведены результаты оптимизации толщины воздушного зазора между прозрачным ограждением и теплопоглощающей панелью, теплоизоляцией; установлена их взаимозависимость. При этом наименьшая толщина воздушного зазора 29 мм имеет место при качественной теплоизоляции А, = 0,05 Вт/(м2К) и неселективном покрытии (общая толщина коллектора 100 мм). При использовании более качественной теплоизоляции А, = 0,03 Вт/(м2 • К) наименьшая толщина воздушного зазора увеличивается до 35 мм при той же общей толщине коллектора. Расчеты показали, что температура наружного воздуха и теплопоглощающей панели практически не влияют на значение оптимальной величины воздушного зазора. Для качественных коллекторов, соответствующих мировому уровню, при общей толщине коллектора 100-120 мм оптимальное значение воздушного зазора составляет 45-60 мм.
На основе второй модели А. Д.Ушаковой и др. в работе [58] приводятся результаты сравнения эффективности использования в солнечных коллекторах одно — и двухслойного обычного стекла, селективных стекол, нанесения селективного покрытия на поверхность теплопоглощающей панели, вакуумированной изоляции. Анализ результатов решения системы дифференциальных уравнений позволил сделать авторам следующие выводы:
— в летнее время целесообразно использовать для нагрева воды до 50-60 °С плоские солнечные коллекторы с одним стеклом. В случае применения коллекторов с двумя стеклами дополнительные потери солнечной энергии во втором слое стекла больше, чем потери тепла в окружающую среду;
— использование селективных покрытий или вакуумной изоляции в солнечных коллекторах при невысоких температурах теплоносителя не улучшает их экономические показатели, тепловые потери от теплопоглощающей панели снижаются всего на 10 %;
— применение в солнечных коллекторах двух и более конструктивных элементов с селективным покрытием (оба стекла с селективным покрытием, одно стекло и теплопоглощающая панель) не приводят к существенному повышению эффективности, при этом стоимостные показатели снижаются.
О. С.Попелем в статье [59] указывается, что дополнительное остекление не приводит к существенному повышению теплопроизводительности коллекторов, оно сопряжено со значительным увеличением их стоимости. В книге [60] под редакцией Э. В. Сарнацкого и С. А. Чистовича взамен стекла рекомендуется применять полиметилметакрилат, превосходящий стекло по спектральным характеристикам. Методика расчетов Дальневосточного НИИ по строительству [61] предусматривает использование обеих расчетных моделей. В работе НИИ санитарной техники и оборудования зданий и сооружений (Киев) [62] приведены результаты исследований тепловых потерь прозрачного покрытия солнечного коллектора. Авторами оспаривается утверждение в работах [63, 64] о несущественности этих потерь. Эффект влияния дополнительного слоя прозрачной изоляции возрастает при уменьшении температуры поверхности теплопоглощающей панели.
Таким образом, достаточно полно исследованы процессы теплообмена в прозрачном ограждении, но отсутствуют критерии оценки его стоимости.