ГЛАВА 2. АНАЛИЗ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ
ДЕЛЬТА-СИСТЕМ ДЛЯ КСТ
Важнейшим фактором, определяющим выбор типа солнечного коллектора,
используемого как приставка к КСТ, является его энергетическая эффективность,
характеризуемая значениями оптического КПД СК, и коэффициент тепловых потерь.
Величина КПД традиционного солнечного коллектора (СК) и “дельта-системы” (ДС)
экспериментально определяется по формуле:
hck=, (2.1)
где Qск – количество полезной теплоты, получаемой с 1 м2 площади СК в единицу
времени, Вт/м2;
H – плотность суммарного потока солнечной радиации, поступающей на поверхность
СК, Вт/м2;
с – удельная теплоемкость теплоносителя, Дж/(кг·К);
Gтн – удельный массовый расход теплоносителя в СК, кг/(м2·с);
Твых, Твх –температура теплоносителя на выходе и на входе в СК, °С.
Поскольку в формулу (2.1) входят мгновенные значения H и Qск, то КПД hck также
является мгновенной величиной. Для получения среднего значения КПД hck
солнечной приставки производят усреднение исходных данных за определенный
период времени (час, день, месяц, год). Данные о мгновенной, среднечасовой,
среднесуточной суммарной солнечной радиации H известны [75, 76]. Удельную
тепловую производительность солнечной приставки к КСТ можно определить на
основе существующих полуэмпирических методик расчета, в которых используются
методы последовательных приближений расчета температуры элементов СК с заданной
точностью. Интерес представляет сопоставление двух методик расчета
энергетических характеристик солнечных приставок к КСТ.
Типичными величины оптического КПД и коэффициента тепловых потерь для наиболее
распространенных конструкций СК, приведенные в табл. 2.1 [26], а для
сравнительной оценки технико-экономической эффективности СК и ДС можно
использовать формулу:
, (2.2)
где Ccк – удельная стоимость солнечной приставки отнесенная к 1м2 площади
приемника СЭ, грн/м2;
индексы “баз ” и “ нов” – базовый и новый приемник СЭ.
Таблица 2.1.
№№
пп
Тип коллектора
Оптический
КПД
Коэффициент
теплопотерь UL,
Вт/(м2 ·К)
Плоский КСЭ неселективный
а) с 2-слойным остеклением
0,7
4,5
б) с 1-слойным остеклением
0,75
8,0
Параболо-цилиндрический
Концентратор
0,55
0,67
Фоклин с коэффициентом
концентрации 1,5 и
вакуумированной трубкой
0,60
0,75
Вакуумированный стеклянный
трубчатый коллектор
0,55
1,6
Параболоидный концентратор
0,61
0,27
Центральный приемник
с гелиостатами
0,81
0,16
2.1. Теоретические основы моделирования энергетических характеристик солнечных
приставок для КСТ
Основными характеристиками солнечных приставок к КСТ, которые определяют
энергетическое совершенство СК, являются коэффициент поглощения солнечного
излучения и коэффициент тепловых потерь.
Коэффициент эффективности восприятия солнечной энергии показывает, какая доля
солнечного излучения, которая поступает на абсорбер СК, поглощается его
тепловоспринимающим элементом.
Коэффициент тепловых потерь, представляет собой отношение теплового потока от
солнечного коллектора в окружающую среду к площади тепловоспринимающей
поверхности СК и избыточной температуре теплоносителя. Этот коэффициент
характеризует теплозащитные свойства СК.
Принято считать, что оба коэффициента незначительно зависят от температуры, их
считают постоянными и числовые значения используют в тепловых расчетах СК
[57].
2.1.1. М о д е л и р о в а н и е к о э ф ф и ц и е н та э ф ф е к т и в н о с т
и п о г л о щ е н и я с о л н е ч н о г о и з л у ч е н и я.
При расчетах СК коэффициент эффективности поглощения солнечного излучения (ta)
учитывают четыре фактора [77]:
(ta)ск=ec ·ep·hзагр·hс, (2.3)
где ec, ep – степень черноты стеклянного покрытия и тепловоспринимающей
пластины абсорбера СК, соответственно;
hзагр, hс – коэффициенты загрязнения и пропускания стекла, соответственно.
Степень черноты стекла eс зависит от состояния его поверхности и определяется
опытным путем. Для гладкой поверхности стекла ec= 0,93...0.94.
Для повышения степени черноты тепловоспринимающей пластины ep на его
поверхность наносят покрытие, обладающее высокой поглощающей способностью и
низким коэффициентом отражения лучистой энергии. Обычно принимают еp=
0,92...0,96. В значительной степени на коэффициент эффективности восприятия СЭ
влияет загрязнение поверхности стекла. В [57, 78] отмечается, что даже при
незначительном запылении стекла hзагр= 0,8...0,9. При значительном запылении
hзагр= 0,5.. .0,7.
Коэффициент пропускания солнечного излучения стеклом hс зависит от толщины и
марки стекла, от угла падения солнечных лучей. Если солнечные лучи падают
перпендикулярно на поверхность абсорбера СК (s = 0), то коэффициент пропускания
равен:
hс=exp(–uЧdc), (2.4)
где u – линейный коэффициент поглощения СЭ стеклом (обычно u = 30 1/м);
dc – толщина стекла, м.
В тепловых расчетах учитывают суммарную солнечную энергию – прямую и диффузную,
соотношение между которыми в течение дня изменяется. Например, расчеты,
выполненные по справочным данным [75], показывают, что в утреннее и вечернее
время в ряде регионов Украины (например, в Евпатории) преобладающим является
диффузное солнечное излучение. Расчеты показывают, что снижение коэффициента
пропускания лучистой энергии при s > 65 град. практически не оказывает влияет
на дневной баланс солнечной энергии, проходящей через стекло. Поэтому в
тепловых расчетах СК принято считать, что коэффициент пропускания не зависит от
угла падения солнечного излучения.
2.1.2. М о д е л и р о в а н и е к о э ф ф и ц и е н т а т е п л о в ы х п о т
е р ь.
Между солнечным коллектором
- Київ+380960830922