Нагревание воды солнечным излучением
Наиболее очевидная область использования солнечной энергии– подогрев воды и воздуха. Энергия Солнца используется в нагревателях воды, воздуха, солнечных дистилляторах, зерносушилках и т.д. Основным элементом солнечной нагревательной системы является приёмник, в котором происходит поглощение солнечного излучения и передача энергии жидкости. Плоские приёмники собирают как прямое, так и диффузное излучение и могут работать в облачную погоду. Плоские приёмники являются предпочтительными при нагревании жидкостей до температур ниже 1000 С. Простые приёмники (рис. 5.1,а-д) содержат весь объём жидкости, которую необходимо нагреть. Приёмники более сложной конструкции (рис.5.1. е-и) нагревают за определённое время только небольшое количество жидкости, которая затем накапливается в отдельном резервуаре, что позволяет снижать температуру системы в целом
Рис. 5.1. Последовательность приёмников солнечного излучения в порядке возрастания эффективности и стоимости:
а – открытый резервуар на поверхности Земли. Тепло легко уходит в Землю.
б – открытый резервуар, изолированный от Земли. Чистая вода не является хорошим поглотителем, потери тепла происходят вследствие испарения.
в – чёрный резервуар. Используется в Японии для подогрева воды к вечерним ваннам;
характеризуется большими потерями тепла, особенно в ветреную погоду, и невозможностью накопления нагретой воды на ночь;
г - чёрный резервуар с изолированным от Земли дном. Потери тепла происходят через верхнюю крышку, поэтому теплопотери всего в 2 раза ниже, чем в предыдущем случае;
д - чёрный резервуар в контейнере со стеклянной крышкой. Использование полиэтиленовых крышек дешевле, но они быстро разрушаются на Солнце;
е - металлическая пластина с трубками и заполненная водой плоская ёмкость. Стандартный промышленный приёмник; нагреваемая жидкость протекает сквозь приёмник и накапливается в специальном резервуаре. Заполненная водой пластина более эффективна, чем пластина с трубками;
ж - пластинчатый приёмник с двойным стеклянным покрытием. Жидкость может глбыть нагрета до 1000С; стекло, не содержащее железо, меньше поглощает, чем оконное стекло;
з - селективная поверхность, α>ε, радиационные потери ниже;
и - вакуумированный приёмник. Жидкость в чёрной внутренней трубке, стеклянная наружная трубка. Нет конвективных потерь через наружную поверхность.
5.1. Расчёт теплового баланса
Поток лучистой энергии, поглощаемой поверхностью приёмника, составляет:
τпр*αпг*А0*G, (5.1.)
где А0 - площадь освещённой поверхности;
αпг - коэффициент поглощения приёмной поверхности;
τпр - коэффициент пропускания прозрачного покрытия, защищающего приёмную поверхность от ветра (рис.5.1д).
G - плотность потока солнечного излучения, Вт/м2.
В то же время возникает поток от приёмника. Скорость теплоотдачи равна:
Q = (Т2-Тс1)/Rт = ∆Т/Rт, (5.1.а)
где Rт - термическое сопротивление;
Т2- температура приёмника;
Т1 - температура среды.
Суммарный поток тепла Р∑:
Р∑ = τп*αп*Ап*G – [(Tп – Тс)/Rт] =ήзи*Aп*G, (5.2.)
где – ήзи - коэффициент захвата излучения (ήзи - <1).
Коэффициент теплопередачи hк определяет долю суммарного потока Рб, передаваемую жидкости. Поток тепла от приёмника к теплоносителю при нагревании массы жидкости (m), Вт,
Рт = m*c*dTж/dt (5.2а)
где Тж - температура жидкости, оС;
с – удельная теплоёмкость жидкости, Дж/(кг К).
При нагревании проточной жидкости массой m′,
Рт = m′*с*(Т2 – Т1), (5.2б)
где Т1 - температура входящей в приёмник жидкости, Т2 – выходящей.
Дата добавления: 2016-02-09; просмотров: 3084;