В настоящее время наблюдается существенный дефицит энергии практически во всех областях народного хозяйства. В то же время существует много видов солнечных коллекторов, отличающиеся конструктивными и технико-экономическими показателями. Достаточно эффективны и просты в эксплуатации являются плоские солнечные коллекторы, которые имеют высокую стоимость и сложность конструкции. Поэтому важным является совершенствование существующих и разработка новых солнечных коллекторов, в которых теплопоглотитель выполнен из гофрированного материала, является частью кровельного материала здания. Такое исполнение солнечного коллектора позволит максимально удешевить его стоимость и повысить прочность. Для поиска оптимальной конструкции гелиокровли важно исследовать как меняется ее эффективность при наличии прозрачного покрытием и без него.
Ознакомиться с каталогом монокристаллических солнечных панелей можно по ссылке – https://leader-nrg.com.ua/solnechnye-batarei/monokristallicheskie-paneli.
Для проведения экспериментальных исследований была смонтирована экспериментальная установка, которая состояла из гелиокровли, бака-аккумулятора, источника излучения и измерительных приборов. Схема экспериментальной установки изображена на рис. 1.
Экспериментальная установка работает следующим образом. Холодная вода через патрубок подачи холодной воды поступает в емкость с водой. С помощью запорного вентиля устанавливается определенный расход воды, проходящей через гелиокровлю, в которой нагревается, и поступает в нижний бак-аккумулятор. Отбор нагретого теплоносителя осуществляется через патрубок. Замеры температуры воды в нижнем и верхнем баках-аккумуляторах осуществлялись ртутными термометрами.
Во время исследований осуществлялся контроль за тем, чтобы на проведение эксперимента не влияли другие факторы (солнечная энергия через окно, гладкие поверхности, затенение солнечного коллектора и т.д.).
Каждый раз перед началом эксперимента система заполнялась свежей порцией воды. Удалялся воздуха из системы. Проверялась герметичность системы при рабочем давлении и исправность измерительных приборов.
Интенсивность потока энергии, излученной источником измерялась актинометром. Температура теплоносителя измерялась в двух точках системы (на выходе из гелиокровли и на входе в гелиокровлю) термометрами сопротивления. Температура наружного воздуха и его скорость измерялась термоелектроанемометром TESTO 405-V1.
Расход воды составлял 12 л/ч, что соответствует значению 1л/(мин 2).
Между каждой следующей серией экспериментов исключались тепловые излучатели, останавливалась циркуляция теплоносителя, сливался теплоноситель и система заполнялась новой порцией охлажденного теплоносителя.
Была составлена матрица планирования трифакторного эксперимента с учетом взаимодействия факторов. Факторами были избраны:
– азимутальный угол поворота гелиокровли α°, [30; 90];
– угол наклона гелиокровли β°, [30; 90];
– интенсивность теплового потока Iв [300; 900].
Из графика (рис. 2) наблюдается увеличение температуры воды после 45 мин. После этого нагрев теплоносителя останавливается.
На графике (рис. 3) наблюдается резкое увеличение температуры теплоносителя после 15 мин нагрева. Затем нагрев теплоносителя происходит только после 60 мин, после чего нагрев теплоносителя остановился.
Проанализировав экспериментальные исследования можно сделать вывод, что эффективность гелиокрjвли без прозрачного покрытия в системе теплоснабжения с механическим побуждением движения теплоносителя является достаточным для теплообеспечения зданий. Так, после 2-х часов нагрева теплоноситель в гелиокровли нагрелся на 20% при интенсивности теплового потока 300 Вт/м2. Эти данные свидетельствуют о том, что важным фактором для повышения эффективности гелиокровли в системах теплоснабжения с механическим побуждением движения теплоносителя есть применение прозрачного покрытия для уменьшения теплопотерь. Однако при небольшом действия ветрового потока и при эффективном отборе полученной энергии данная система может эффективно работать.
Рис. 1. Принципиальная схема экспериментальной установки:
1 – гелиокровля; 2 – емкость с водой; 3 – бак-аккумулятор; 4 – термометры сопротивления; 5 – патрубок подачи холодной воды 6 – кран; 7 – дисплей; 8 – патрубок отбора теплоносителя; 9 – источник излучения
Рис. 2. Результаты экспериментальных исследований гелиокровли без прозрачного покрытия для Iв = 300 Вт/м2: tвх – температура воды на входе в гелиокровлю, °С; tвых – температура воды в баке-аккумуляторе, °С.
Рис. 3. Результаты экспериментальных исследований гелиокровли без прозрачного покрытия для Iв = 900 Вт/м2: tвх – температура воды на входе в гелиокровлю, °С; tвых – температура воды на выходе из гелиокровли, °С.
