Научная статья на тему 'Новые материалы для солнечных коллекторов'

Новые материалы для солнечных коллекторов Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

CC BY
235
62
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Амадзиев A. M., Дибирова М. М., Дибиров М. Г., Джаруллаев Д. С.

В филиале Объединенного института высоких температур (г. Махачкала) создан солнечный коллектор, в котором использован полимерный материал ячеистый, или сотовый поликарбонат. Он может быть использован в солнечных коллекторах как «остекленяющий» и как поглощающий (тепловос-принимающий) элемент.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Амадзиев A. M., Дибирова М. М., Дибиров М. Г., Джаруллаев Д. С.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

New materials for solar collectors

In the subsidiary of TheUunited Institute of High temperatures (g. Mahachkala) was created a solar collector, in which polymer material cellular, or porous polycarbonate was used. It can be used in solar collectors both as glazing and as absorbing (heat) element.

Текст научной работы на тему «Новые материалы для солнечных коллекторов»

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЕ

ТЕМА НОМЕРА]

Новые материалы

для солнечных коллекторов

А.М. Амадзиев, М.М. Дибирова, М.Г. Дибиров, Д.С. Джаруллаев

Филиал Объединенного института высоких температур РАН, Дагестанский государственный технический университет, г. Махачкала

Солнечные коллекторы можно широко использовать в системах горячего водоснабжения и отопления предприятий пищевой промышленности и общественного питания. Применение солнечных водонагревательных установок в этих целях позволяет экономить 4050 % тепловой энергии в сравнении с традиционными источниками.

«Т.

Рис. 2. Экспериментальная установка для испытания солнечных коллекторов:

1 - термостат с точностью регулирования температуры 0,50 0С и уровня жидкости 0,5 см;

2 - прибор для измерения и записи температур; 3 - насос для

постоянного поддержания уровня

жидкости в термостате; 4 - испытуемый коллектор;

5 - емкость для воды; 6 - кран игольчатый, регулировочный; 7 - расходомер; 8 - датчик уровня воды; Т0; Т; Т2 - термопары для измерения температур наружного воздуха на входе в коллектор и на выходе соответственно.

7

5

Современные солнечные водонагре-вательные установки на базе широко распространенных металло-стеклянных плоских коллекторов наряду с достаточной тепловой эффективностью имеют ряд недостатков: высокая металлоемкость, большой удельный вес коллекторов (до 25 кг/м2), высокая стоимость, подверженность воздействию атмосферных факторов, таких, как крупный град и сильные снегопады.

Поэтому поиск и использование новых современных полимерных материалов для изготовления основного элемента солнечной водонагревательной установки - солнечного коллектора -является актуальной задачей, решение которой позволит удешевить установку и одновременно повысить ее надежность.

В филиале Объединенного института высоких температур РАН (г. Махачкала) совместно с ДГТУ создан солнечный коллектор, в котором использован полимерный материал - ячеистый, или сотовый поликарбонат. Он представляет собой светопропускающие полые панели, полученные методом экструзии из гранул поликарбоната. Про-мышленно выпускаемый сотовый поликарбонат имеет такие оптико-механические характеристики, которые делают его привлекательным для применения в солнечной энергетике, в частности, при изготовлении солнечных коллекторов.

Сотовый поликарбонат может быть использован в солнечных коллекторах, как «остекляющий» и как поглощающий (тепловоспринимающий) элемент. В первом случае наряду с механической прочностью преимущественное значение имеет прозрачность поликарбоната, его устойчивость к разрушающему воздействию ультрафиолетового спектра солнечной радиации и низкая пропускаемость инфракрасного излучения поглощающего элемента [2].

По данным [1] производителя сотового поликарбоната РО1_У6А1_, ударо-прочность характеризуется как сверхвысокая (например, бомбардировка деревянными шариками диаметром

20 мм со скоростью 80 км/ч (20 м/с) при температуре 0 0С в течение 30 мин, не приводит к разрушению поликарбоната). Коэффициент пропускания сотового поликарбоната толщиной 4 мм составляет 0,82 (для сравнения, у стекла - 0,85). Защита от ультрафиолетового спектра солнечной радиации осуществляется введением в процессе производства УФ-стабилизато-ра непосредственно в материал (защитный эффект гарантируется на 10 лет эксплуатации). Коэффициент пропускания поликарбоната по отношению к инфракрасному излучению составляет 0,01 (у стекла - 0,02). Физические характеристики поликарбоната также способствуют использованию последнего в солнечных коллекторах. Удельная масса сотового поликарбоната в зависимости от толщины: 800 г/м2- для 4 мм, 1700 г/м2 - для 10 мм.

Коэффициент теплопередачи сотового поликарбоната толщиной 10 мм почти в 2 раза меньше, чем у стекла толщиной 4 мм (3 и 5,8 Вт/(м2трад) соответственно). Поликарбонат не теряет свойств в температурном диапазоне от - 40 до +120 0С, что соответствует теплотехническим условиям эксплуатации солнечных коллекторов.

Коллектор конструкции ФОИВТ представляет собой пакет из двух листов сотового поликарбоната и листа пенополистирола (рис. 1). Толщина обоих листов поликарбоната - 10 мм, полистирола 3 - 40 мм. Верхний лист 1 поликарбоната имеет коэффициент пропускания 0,80. Нижний лист 2, являющийся поглощающим элементом, сделан из темного или прозрачного поликарбоната. Во втором случае его верхний слой покрывается черным лаком. Лист 2 с торцов (относительно ячеек) плотно закрывается подающе-принимающими патрубками 4, которые распределяют (и собирают) жидкость по каналам элемента. Весь пакет вместе с защитным листом 6 из металла или пластика укладывается в раму 5 из тонколистового профилированного металла.

MODERN TECHNOLOGIES AND EQUIPMENT

Между листами 1 и 2 имеется зазор в 10 мм, поэтому такое «остекление» можно считать двухслойным, что приводит к значительному сокращению конвективной составляющей теплопо-терь коллектора через прозрачное покрытие. В то же время зазор не приводит к изменению оптических характеристик коллектора.

Удельная масса коллектора конструкции ФОИВТ не превышает 8,5 кг/м2, а стоимость по материалам - 900 руб/м2. Гидравлические испытания (лабораторные) показали, что разработанная технология соединения патрубков 4 к торцам поликарбоната достаточно надежна. При создании в тепловоспри-нимающем элементе давления в 2 атм нарушения герметичности соединения не наблюдались.

Испытания коллектора проводились на лабораторном стенде, созданном в ДГТУ (рис. 2). Цель испытания - определение теплотехнических характеристик коллектора. Оптические характеристики на этом стенде не изучаются, но могут быть рассчитаны по известной методике [2].

Методика испытания достаточно проста. В испытуемый коллектор, располо-

женный под углом 400, подается нагретая вода с температурой Т1. Проходя через коллектор, она охлаждается за счет теплопотерь последнего и выходит с температурой Т2. Разница (Т1- Т2) является функцией теплопотерь, расхода теплоносителя через коллектор, температуры окружающего воздуха Т0. Полный коэффициент теплопотерь коллектора вычисляется по формуле

,, = qc(T, - т Ul АО,- т0

где р - расход жидкости через коллектор, кг/ч; с - теплоемкость воды, Вт/(кг-град); А - площадь поверхности коллектора, м2; Т1 - температура теплоносителя на входе в коллектор; Т2-температура теплоносителя на выходе из коллектора; Т0 - температура окружающего воздуха.

Результаты лабораторных стендовых испытаний показали, что коэффициент теплопотерь поликарбонатного (10 мм) коллектора конструкции ФОИВТ не превышает 4,5 Вт/(кгтрад) при следующих условиях: температура теплоносителя Т1 - 60 0С, температура окружа-

ющего воздуха - 20 0С, расход теплоносителя по коллектору - 20 кг/ч.

По результатам испытания можно сделать заключение о том, что наши предположения об эффекте «двойного остекления» в случае использования поликарбоната (10 мм) оправдались.

Необходимо отметить, что поликарбонат чувствителен к воздействию некоторых химикатов: минеральных и органических кислот, растворов солей, различных жиров, аммиака в жидком и газообразном состоянии, различных аминокислот, растворителей, клеев различных видов и красителей. Этот существенный недостаток поликарбоната необходимо учитывать при выборе теплоносителя коллекторов и условий их эксплуатации.

ЛИТЕРАТУРА

1. Технические характеристики поликарбоната РО1_У6А1_. Стандарт Израиля SJ 557 V.

2. Даффи Дж.А, Бекман У.А. Тепловые процессы с использованием солнечной энергии. - М.: Мир, 1977.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.