5.2. Открытые нагреватели

Открытый резервуар на поверхности Земли (рис.5.1а), например, бассейн. Ёмкость с водой нагревается под действием солнечного излучения, однако повышение температуры ограничено, т.к. тепло легко передаётся Земле. Открытый резервуар, изолированный от Земли (рис.5.1б). Тепловые потери меньше, но повышение температуры ограничено вследствие низкого коэффициента поглощения воды (α_пв= 1-τ<<1) и значительная часть тепла идёт на испарение.

Чёрный резервуар (5.1в). Потери тепла на испарение равны 0. Чёрная поверхность поощает излучение лучше, чем вода (α_п= 0,9). Вода нагревается до 45⁰С. Чёрная резина быстро разрушается на Солнце.

Чёрный резервуар с изолированным дном (рис.5.1г). Если изолировать дно приёмника (рис.5.1в), потери тепла можно уменьшить в два раза. В качестве изолятора можно использовать стеклоткань, пенополистирол, древесную стружку, минвату и т.д.

5.3. Закрытые нагреватели

Ёмкости с водой необходимо защищать от ветра. Лучшим материалом для крышек является стекло. Полиэтиленовая плёнка дешевле, но быстро разрушается на Солнце.

Р

_Тд

_Тж

ис. 5.4. Закрытый чёрный нагреватель. Т_н; Т_с; Т_ст; Т_ж; Т_д–температура неба, окружающей среды, стекла, жидкости, дна.

Если применить двойное остекление (Рис.5.1ж).

Уменьшить радиационные потери, если её поверхность делать не чёрной, а Наличие стеклянной крышки примерно в 4 раза повышает сопротивление теплопотерям. Температура воды может быть повышена на 50⁰С.

Металлические проточные нагреватели (Рис. 5.1е).

Вода протекает по параллельным трубкам, закреплённым на зачернённой металлической пластине. Здесь необходимо обеспечивать низкое термическое сопротивление между пластиной и трубками и вдоль пластины между трубками. Диаметр трубок составляет 2 см, расстояние между ними 20 см, толщина пластины 0,3 см. Пластину с трубками для защиты от ветра помещают в контейнер со стеклянной крышкой. Заполненная водой пластина более эффективна, чем трубчатая, т.к. имеет большую поверхность теплового контакта.

Эффективность плоского пластинчатого приёмника.

Поток тепла от приёмника с площадью А_ок теплоносителю при облучённостиGопределяется

Р= А_п*q=η_п*A_о*G(5.3)

Эффективность приёмника η_п– это произведение коэффициентов захвата излучения η_зии передачи тепла жидкостиh_k :

η_п = η_зи*h_{k ,} (5.4)

η_зи= 0,85

Характеристики плоского пластинчатого приёмника могут быть улучшены в результате селективной, т.е. сильно поглощающей, но слабо излучающей в определённой области спектра.

5.4. Системы с изолированным накопителем.

Рис. 5.5. Нагревательная система с изолированным накопителем и принудительной циркуляцией

1 - приёмник; 2- регулятор; 3- изолированный накопительный резервуар; 4- насос.

Приёмники (Рис. 5.1е) нагревают небольшие объёмы жидкости, которая с помощью насоса перекачивается в изолированную накопительную ёмкость (Рис. 5.5).

Резервуары 100-200л могут обеспечить потребность домашнего хозяйства в горячей воде. Скорость прокачки выбирают такой, чтобы температура воды повышалась на 4⁰С при каждом проходе через нагреватель. Недостатком систем является зависимость от электроэнергии, потребляемой насосом.