автореферат диссертации по энергетике, 05.14.08, диссертация на тему:Повышение эффективности солнечных коллекторов с вакуумированными стеклопакетами

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии)

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СОЛНЕЧНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ С ВАКУУМИРОВАННЫМИ СТЕКЛОПАКЕТАМИ

На правах рукописи

МИТИНА ИРИНА ВАЛЕРЬЕВНА

Специальность 05.14.08 - энергоустановки на основе возобновляемых видов энергии

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 3 МАЙ 2059

Москва-2009

003471721

Работа выполнена в Государственном научном учреждении Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВИЭСХ Россельхозакадемии).

Заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор, академик Россельхозакадемии Стребков Дмитрий Семенович

Доктор технических наук, профессор

Казанджан Борис Иванович

Кандидат технических наук, доцент Тюхов Игорь Иванович

Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, географический факультет

Защита состоится « 46 » 2009 г. в часов на заседании

диссертационного совета Д 006.37.01 в Государственном научном учреждении Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ) по адресу: г. Москва, 1-й Вешняковский проезд, д. 2.

Тел.:+7 (499) 171-19-20 Факс: +7 (499) 170-51-01 E-mail: viesh@dol.ru

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью учреждения, просим направлять ло адресу: 109456, г. Москва, 1-й Вешняковский проезд, д. 2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ ВИЭСХ Автореферат разослан

»„¿ШлЯ/ 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

/■

/

Х.У'' /у"'

АИНекрасов

у

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Использование возобновляемых источников энергии (ВИЭ) актуально для всех стран мира: для развитых стран, импортирующих топливно-энергетические ресурсы, - это, в первую очередь, обеспечение энергетической безопасности; для развитых стран, имеющих свои запасы топлива, - улучшение экологической ситуации; для развивающихся стран - способ улучшить социально-бытовые условия проживания населения.

Специфика России заключается в том, что страна огромная, и более 70 % территории страны, где проживает более 10 млн. человек, не имеют централизованного энергоснабжения. Это, прежде всего, Крайний Север, восточные регионы, горная местность с отгонным и пастбищным животноводством. Стоимость топлива, доставляемого в отдаленные населенные пункты Крайнего Севера, Дальнего Востока, Сибири (дизельное топливо, бензин, мазут, масла), в связи с транспортными расходами, значительно возрастает по сравнению с ценами производителей. Поэтому в таких районах, по возможности, необходимо использовать местные альтернативные источники энергии, в том числе энергию Солнца.

Для теплоснабжения и горячего водоснабжения жилых и сельскохозяйственных объектов используют солнечные коллекторы (СК). В сельском хозяйстве солнечные коллекторы применяют для отопления и горячего водоснабжения жилых и животноводческих объектов, для сушки фруктов, зерна и другой продукции, распаривания корма.

Себестоимость тепловой энергии, вырабатываемой солнечными коллекторами, в несколько раз превышает себестоимость тепла, получаемого от традиционных видов энергии. Снижение стоимости тепловой энергии, вырабатываемой солнечными коллекторами, может быть достигнуто за счет уменьшения капитальных затрат на солнечную установку и применения более эффективных конструкционных материалов, а также повышения эффективности работы солнечных коллекторов, т.е. увеличения производительности путем уменьшения тепловых потерь.

Актуальность работы

Наибольшие тепловые потери, от которых значительно зависит производительность солнечного коллектора, происходят за счет теплового излучения и конвекции через прозрачную изоляцию. Эти потери могут составлять до 90 % всех тепловых потерь СК, поэтому выбор прозрачной изоляции с высоким сопротивлением теплопередаче - важная стадия конструирования солнечного коллектора.

Солнечные коллекторы делятся на плоские и с отражателями. Отражатели (концентраторы) применяются в солнечных коллекторах для уменьшения размеров теплового приемника по сравнению с плоским СК и повышения температуры теплоносителя за счет концентрированного солнечного излучения.

Как правило, в солнечных коллекторах в качестве прозрачной изоляции применяется одинарное остекление, которое имеет сопротивление теплопередаче 0,13 м2-К/Вт при средней температуре приемника 100°С, температуре окружающей среды -20"С и коэффициенте теплоотдачи к окружающей среде 20 Вт/(м2-К). Одинарное остекление с селективным (низкоэмиссионным) покрытием имеет сопротивление теплопередаче 0,24 м2-К/Вт при тех же условиях; двойное остекление с селективным покрытием 0,36 м2-К/Вт, а сотовый поликарбонат 0,38 м"-К/Вт. Применяя в качестве прозрачной изоляции вакуумированные стеклопакеты (ВСП), можно добиться повышения сопротивления теплопередаче СК в несколько раз по сравнению с вышеназванными типами прозрачной изоляции за счет вакуумного зазора, в котором отсутствует конвекция, а теплопроводность разреженного газа незначительна.

Применение ВСП для изоляции солнечных коллекторов ранее не изучалось.

В данной работе были исследованы 2 типа солнечных коллекторов с ВСП: плоские и с отражателями, концентрирующими солнечное излучение на тепловой приемник.

Работа выполнялась в соответствии с программой РАСХН по фундаментальным и приоритетным прикладным исследованиям по научному обеспечению развития агропромышленного комплекса Российской Федерации на 2006 - 2010 гг. (задание 09.02.05).

Целью диссертационной работы является повышение эффективности солнечных коллекторов за счет применения в акуу мир ованных стеклопакетов.

Определение теплотехнических характеристик солнечных коллекторов с ВСП представляет сложную задачу, так как:

- они зависят от давления в вакуумном зазоре, которое невозможно измерить известными способами;

- давление в вакуумном зазоре является неконтролируемым параметром, и в процессе эксплуатации может произойти его повышение; это приведет к ухудшению теплоизоляционных свойств ВСП и, следовательно, снижению эффективности СК;

- условия эксплуатации ВСП в солнечных коллекторах отличаются от оконных, поэтому определение характеристик на стандартизированном оборудовании (в климатической камере для измерения характеристик оконных блоков) невозможно.

Для достижения поставленной цели были поставлены и решены следующие задачи:

1. Разработать методику расчета теплотехнических характеристик солнечных коллекторов с вакуумированными стеклопакетами.

2. Определить характеристики солнечных коллекторов с вакуумированными стеклопакетами, обеспечивающие повышение их эффективности.

3. Разработать макет солнечного коллектора с вакуумированным стеклопакетом; провести натурные испытания макета солнечного коллектора и промышленных солнечных коллекторов с вакуумированньши стеклопакетами.

4. Разработать способ оценки степени вакуума в вакуумированном стеклопакете солнечного коллектора при помощи индикатора.

5. Исследовать тепловые характеристики солнечного коллектора с отражателями и с различными типами прозрачной изоляции, включая вакуумированные стеклопакеты.

6. Провести экономический анализ эффективности применения солнечных коллекторов с вакуумированньши стеклопакетами для горячего водоснабжения сельскохозяйственного объекта.

Научная новизна работы

1. Разработана методика определения теплотехнических характеристик солнечных коллекторов с вакуумированньши стеклопакетами, включающая расчетно-экспериментальный метод определения давления разреженного газа в вакуумном зазоре.

2. Обоснованы тепловые и оптические характеристики солнечных коллекторов с вакуумированньши стеклопакетами, обеспечивающие повышение их эффективности.

3. Разработан способ оценки степени вакуума в вакуумированном стеклопакете солнечного коллектора при помощи вещества-индикатора, изменяющего цвет при изменении давления.

4. Разработан графоаналитический метод определения оптического КПД солнечных коллекторов с ш-образными отражателями.

5. Обосновано применение солнечных коллекторов с вакуумированными стеклопакетами для объектов сельского хозяйства (гелиотеплиц и солнечных домов).

Научная новизна работы подтверждена двумя патентами РФ на изобретения.

Практическая ценность

Методика определения теплотехнических характеристик солнечных коллекторов с вакуумированными стеклопакетами, включающая расчетно-экспериментальный метод определения давления разреженного газа в вакуумированном стеклопакете солнечного коллектора; графоаналитический метод расчета оптического КПД солнечных коллекторов с отражателями используются в учебном процессе на кафедре ЮНЕСКО «Техника экологически чистых производств» Московского государственного университета инженерной экологии, что подтверждено соответствующим актом.

В результате проведенных натурных испытаний было установлено, что КПД промышленных солнечных коллекторов с вакуумированными стеклопакетами выше на 8 %, чем КПД солнечных коллекторов с штатным одинарным остеклением. Рекомендации по изготовлению солнечных коллекторов с вакуумированными стеклопакетами используются

ОАО «Ковровский механический завод», что подтверждено соответствующим актом.

Способ оценки степени вакуума при помощи вещества-индикатора, меняющего цвет при изменении давления разреженного газа, позволит визуально оценивать степень вакуума (без специальных приборов) при эксплуатации вакуумированных стеклопакетов как в солнечных коллекторах, так и при остеклении зданий.

Положения, выносимые на защиту

1. Методика определения теплотехнических характеристик солнечных коллекторов с вакуумированными стеклопакетами, включающая расчетно-экспериментальный метод определения давления разреженного газа в вакуумированном стеклопакете солнечного коллектора.

2. Характеристики солнечных коллекторов с вакуумированными стеклопакетами, при которых сопротивление теплопередаче больше в 3 раза, чем у солнечного коллектора с одинарным остеклением, имеющим селективное покрытие.

3. Повышение эффективности солнечных коллекторов за счет применения вакуумированных стеклопакетов, подтвержденное экспериментальными исследованиями в натурных условиях.

4. Способ оценки степени вакуума в вакуумированном стеклопакете солнечного коллектора при помощи вещества-индикатора, изменяющего цвет при изменении давления разреженного газа.

Апробация работы

Материалы диссертации были использованы в научных отчетах отдела «Возобновляемые источники энергии» ГНУ ВИЭСХ в 2007 и 2008 гг. Основные положения диссертационной работы докладывались на Международном конгрессе «Великие реки» в 2004, 2005, 2007 гг. в Нижнем Новгороде; Пятой и Шестой Международной научно-технической конференции «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве» в 2006 и 2008 гг. (г. Москва, ГНУ ВИЭСХ); конференции в рамках выставки «Изделия и технологии двойного назначения. Диверсификация ОПК» (г. Москва, ВВЦ), Шестой Всероссийской научной молодежной школе «Возобновляемые источники энергии» (г. Москва, МГУ имени М.В. Ломоносова).

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 15 научных работ, в том числе 3 статьи в журнале «Альтернативная энергетика и экология», 1 статья в журнале «Механизация и электрификация сельского хозяйства» (журналы, рекомендованные ВАК), получено 2 патента РФ на изобретения.

Структура диссертационной работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 127 страницах машинописного текста, иллюстрированных 61 рисунком и 32 таблицами, и снабжена 4 приложениями; список литературы включает 110 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, определена цель и основные задачи исследования, отмечена научная новизна работы, приведены основные положения, выносимые на защиту, кратко излагается содержание работы.

В первой главе «Обзор конструкций и энергетических характеристик солнечных коллекторов и используемой в них прозрачной изоляции» приведен обзор конструкций плоских солнечных коллекторов и солнечных коллекторов с отражателями.

Исследованием солнечных коллекторов, в т.ч. их прозрачной изоляции, занимались Авезов P.P., Бекман У.А., Бутузов В.А., Даффи Дж.А., Зоколей С., Казанджан Б.И., Попель О.С., Тарншкевсшй Б.В., Твайделл Дж., Трушевский С.Н., Уэйр А. и др. Большой вклад в разработку концентрирующих систем, в том числе солнечных коллекторов с отражателями внесли такие ученые, как Апариси P.P., Баум В.А., Безруких П.П., Захидов P.A., Руденко М.Ф., Стребков Д.С., Тверьянович Э.В., Тепляков Д.И., Тюхов И.И. и др.

К 2008 году в мире всего было установлено 67,4 млн. м2 (47,2 ГВт тепловой энергии) плоских солнечных коллекторов с остеклением.

Теплоносителем в плоских солнечных коллекторах может быть жидкость или воздух. Солнечные коллекторы применяют для отопления или горячего водоснабжения, устанавливая неподвижно на крыше или фасаде здания или интегрируя их в конструкцию здания в качестве элементов крыши или стены.

Проведен обзор жидкостных солнечных коллекторов российского производства, отмечены их достоинства и недостатки, в том числе с точки зрения применяемой в них прозрачной изоляции.

Проведен обзор солнечных коллекторов с отражателями, рассмотрены различные образующие отражателей и типы тепловых приемников солнечного излучения.

Наиболее распространенными типами прозрачной изоляции солнечных коллекторов являются одинарное остекление с селективным (низкоэмиссионным) покрытием и без него, а также поликарбонат листовой, сотовой или капиллярной структуры. Максимальный коэффициент сопротивления теплопередаче, которого можно добиться, используя данные типы прозрачной изоляции, составляет 0,38 м2-К/Вт -коэффициент сопротивления теплопередаче сотового поликарбоната. Вакуумированные стеклопакеты, в зависимости от степени вакуума и количества селективных покрытий, обладают сопротивлением теплопередаче, в несколько раз выше, чем у одинарного остекления или сотового поликарбоната. Селективные покрытия наносятся на поверхности стекол для того, чтобы отразить тепловое инфракрасное излучение (с длиной волны более 3 мкм, максимум на 10 мкм) со стороны теплового приемника солнечного коллектора. При этом для видимого

(0,38...0,78 мкм) излучения низкоэмиссионные покрытия практически прозрачны.

ВСП состоит из двух листов стекла с зазором ~ 0,1 - 0,2 мм. Воздух из этого промежутка откачан до давления порядка 10"3 - 10'4 мм рт. ст., за счет чего заметно снижаются теплопотери вследствие незначительной теплопроводности разреженного газа в вакуумном зазоре, и, следовательно, существенно повышается сопротивление теплопередаче ВСП. Зазор между стеклами поддерживается при помощи стеклокерамических фиксаторов диаметром 0,25 - 0,4 мм и высотой 0,1 - 0,2 мм, которые устанавливаются по всей площади ВСП с шагом 25 - 40 мм.

В России технология изготовления вакуумированных стеклопакетов для оконных ограждений разработана и запатентована Ивлюшкиным А.Н. совместно с Самородовым В.Г., Карповым В.Ю., Спиридоновым А.В. и др. (ОАО «Плазма», г. Рязань).

До настоящего времени ВСП исследовались в качестве оконного остекления. Условия эксплуатации ВСП в составе СК существенно отличаются от оконных, в частности, по рабочей температуре, облученности Солнцем и углу наклона СК к горизонту. В данной работе представлены исследования солнечных коллекторов двух типов с ВСП: плоских СК и СК с отражателями.

Проведенный обзор позволил обосновать постановку задач исследований.

Во второй главе «Исследование плоских солнечных коллекторов с вакуумированными стеклопакетами» излагается методика определения давления разреженного газа по его коэффициенту теплопроводности и расчета теплотехнических характеристик солнечных коллекторов с ВСП.

Технология изготовления ВСП дает возможность создавать вакуум 10'3 - 10"4 мм рт. ст. Однако со временем может происходить десорбция с внутренних поверхностей ВСП или разгерметизация ВСП, что приведет к повышению давления и теплопроводности разреженного газа, и, следовательно, к понижению сопротивления теплопередаче ВСП. Поэтому основная задача разработанной методики состоит в определении давления разреженного газа путем комплексного решения теплового баланса солнечного коллектора с ВСП и уравнений молекулярно-кинетической теории газов.

Теплопередача через ВСП солнечного коллектора состоит из следующих тепловых потоков: от приемника к первому стеклу теплоперенос осуществляется излучением и конвекцией; через стекла -теплопроводностью; через вакуумный зазор - теплопроводностью разреженного газа, теплопроводностью фиксаторов и излучением; от второго стекла в окружающую среду - излучением и конвекцией (рис. 1).

Плотность теплового потока через ВСП описывается уравнением:

где Тщ, - температура приемника, К; Тос - температура окружающей среды, К; Я, - сопротивление теплопередаче ВСП, м2-К/Вт.

5 6 7

КОН1Ц

Рис. 1. Тепловые потери солнечного коллектора с вакуумированнъш стеклопакетом: 1 - приемник (поглощающая пластина), 2 - теплоизоляция дна СК, 3 - вакуумированнъш стеклопакет, 4 - первое стекло, 5 - второе стекло, б - вакуумный зазор, 7 - фиксатор, Т,п, - температура приемника, Тс\ - температура первого стекла, Тс2 - температура второго стекла, Тос - температура окружающей среды, коне. — теплоперенос конвекцией, изл. — теплоперенос излучением

Сопротивление теплопередаче Я, прозрачной изоляции (ВСП) рассчитывается как сумма термических сопротивлений: от приемника к первому стеклу 11„р-сь термических сопротивлений стекол КС1 и Яс2, через вакуумный зазор /?,,,,, от второго стекла в окружающую среду Л^-о

Я, = Я„Р-с 1 + + Д« + Кл-ос ' (2)

Все составляющие Я, рассчитываются тривиальным методом, кроме

Я»»:

/7 +

вак заз фикс

(3)

'Наг

где /70Ж - теплопроводность разреженного газа, Вт/(м~-К); Щ, коэффициент теплоотдачи излучением, Вт/(м'-К); Лф„кс- теплопроводность фиксаторов, Вт/(м2-К).

Теплоперенос через вакуумный зазор осуществляется за счет теплопроводности разреженного газа, излучения и теплопроводности фиксаторов. Теплопроводность фиксаторов, расположенных на 1 м" ВСП:

А - ^Фикс - л Фикс бзаз Ф"™7 ™

где Лфик - коэффициент теплопроводности фиксаторов, Вт/(м-К); Аф„,.с - площадь фиксаторов на 1 м2 стекла (Афт.с = 0,0002 м2/м2). Коэффициент теплоотдачи излучением:

а(Т2+Т2)(Т +Т )

1,1111 _ с\ с2/ч с! с2 /-«Л

(1/е,)+(1/£2)-1 ' к '

где а - постоянная Стефана-Больцмана, <т - 5,67-10'8 Вт/(м2К4); Тс] - температура первого от приемника стекла, К; Тс1 - температура второго стекла, К; е2 - коэффициенты излучения внутренних поверхностей стекол ВСП.

Теплопроводность разреженного газа И,ак определяется отношением условного коэффициента теплопроводности разреженного газа Леак (в данном случае коэффициент теплопроводности газа - условный параметр, аналог коэффициента теплопроводности, не являющийся свойством газа, т.к. происходит молекулярный теплоперенос от стекла к стеклу без столкновений молекул) к величине вакуумного зазора &м

Как^К (6)

Коэффициент теплопроводности разреженного газа определялся решением системы уравнений теплопередачи через ВСП и сведением теплового баланса при равенстве тепловых в стационарном режиме: v а„р Н — рцр ш "1" с[тепл.ш>

(7)

Чпрла ~ С!пр-с\ ~ <7с1 ~ ЧЛ ~ Язаз— ЧЛ-ос, (8)

где Я приз, Ч„р-с\, Чс\, Яс2, Чжг, Чс2 - плотности тепловых потоков через

прозрачную изоляцию (ВСП), от приемника к первому от приемника стеклу, через стекла, вакуумный зазор, от второго стекла к окружающей среде, Вт/м2; г- коэффициент пропускания прозрачной изоляции (ВСП), апр - коэффициент поглощения приемника; Я - суммарная солнечная радиация, Вт/м".

По найденному коэффициенту теплопроводности Х,ак для молекулярных условий переноса газом тепловой энергии (высокий вакуум) определялась длина свободного пробега молекулы Х0:

где аь - коэффициент аккомодации, учитывающий, что молекулы газа, ударяясь о более холодную или более теплую стенку, не успевают приобретать скорости, соответствующие их температурам; у - поправочный коэффициент, представляющий собой отношение молярных теплоемкостей газа при постоянном давлении и объеме у = с/су; К<пд - коэффициент теплопроводности воздуха при нормальном давлении, Вт/(м-К).

Далее из формулы молекулярно-кинетической теории идеальных газов определялось давление разреженного газа:

кТ

<10)

м О

где (1М - диаметр молекулы, 1,7-Ю"10 м.

По изложенной методике проводился теоретический расчет параметров ВСП, обеспечивающих повышение эффективности солнечных коллекторов, т.е. параметры, при которых сопротивление теплопередаче ВСП в солнечном коллекторе превышает сопротивление теплопередаче одинарного и двойного остеклений с селективным покрытием.

Определяемыми параметрами солнечного коллектора с ВСП были:

- давление в вакуумном зазоре;

- количество селективных (низкоэмисионных) покрытий на ВСП с излучательной способностью 0,1;

- стоимость.

Рабочие условия принимались следующие: температура приемника солнечного излучения г„р = 100°С; температура окружающей среды 1ос = -20°С; коэффициент теплоотдачи конвекцией от стекла в

; кона

окружающую среду "сг-ос = 20 Вт/(м"-К).

На рис. 2 представлены результаты расчетов: зависимость сопротивления теплопередаче ВСП от давления разреженного газа внутри вакуумного зазора и количества твердых селективных покрытий на ВСП с излучательной способностью б = 0,1. Твердые селективные (низкоэмиссионные) покрытия для стекол имеют излучательную способность е = 0,1 - 0,18 (согласно ГОСТ 30733-2000 «Стекло с иизкоэмисионным твердым покрытием. Технические условия» излучательная способность твердого селективного покрытия должна быть не более 0,18). Для теоретических расчетов была принята минимальная излучательная способность твердого селективного покрытия. Мягкие селективные покрытия, имеющие излучательную способность менее 0,1 не рассматривались, т.к. они не выдерживают температуры более 200"С и на вакуумированные стеклопакеты, как правило, не наносятся (температура при изготовлении вакуумированного стеклопакета обычно достигает 450°С).

Как видно из рис. 2, до точек перегиба, которым соответствует вакуум 10'3 мм рт. ст., наблюдается увеличение сопротивления теплопередаче, а далее оно практически не зависит от давления. При наличии одного селективного покрытия сопротивление теплопередаче Я, ВСП составляет 0,77 м2-К/Вт, а при наличии селективного покрытия на ВСП и на приемнике или двух селективных покрытий на ВСП -0,93 м"-К/Вт. Пороговые значения достигаются при вакууме 10"4 мм рт. ст.: при наличии одного селективного покрытия Я, = 0,82 м2-К/Вт, двух селективных покрытий Я, = 1,02 м'-К/Вт. Нанесение трех или четырех

селективных покрытий увеличивает К, до 1,2 м2-К/Вт, но это значительно удорожает солнечный коллектор. Экономические расчеты показали, что солнечная установка, содержащая солнечный коллектор с ВСП с двумя или тремя селективными покрытиями, не окупается в течение срока эксплуатации (средний срок эксплуатации солнечного коллектора 15 лет).

присмннк с селективным покрытием, ВСП с 3-мя или 4-мя селективными покрытиями -*- приемник без селективного покрытия, ВСП с 3-мя или 4-мя селективными покрытиями

приемник без селективного покрытия, ВСП с 2-мя селективными покрытиями -А- приемник с селективным покрытием, ВСП с одним селективным покрытием приемник без селективного покрытия, ВСП с одним селективным покрытием -е- приемник с селективным покрытием, ВСП без селективных покрытий -в- приемник без селективного покрытия, двойное остекление с селективным покрытием

приемник без селективного покрытия, ВСП без селективного покрытия -Н- приемник без сел. покр., дв. остекление без сел. покр. или одинарн. остекление с сел. покр. — приемник без селективного покрытия, одинарное остекление без селективного покрытия

-5 -4-3-2-1 0 1

Показатель степени при основании 10, давление в мм р г. ст.

Рис. 2. Зависимость сопротивления теплопередаче вакуумированного стеклопакета в солнечном коллекторе от давления разреженного газа в вакуумном зазоре и излучателъной способности приемника и поверхностей стекол Примечание. Поглощателъная способность приемника а„р = 0,95; гачучательная способность приемника и стекол без селективного покрытия епр = 0,95; излучательная способность приемника с селективным покрытием е„р = 0,1

Теплоперенос излучением через ВСП без селективных покрытий при вакууме 10'3 мм рт. ст. составляет около 88 %, поэтому нанесение одного селективного покрытия на внутреннюю поверхность ВСП необходимо.

Таким образом, наиболее рациональными параметрами ВСП следует признать вакуум 1 (Г3 мм рт. ст. и одно селективное покрытие с излучательной способностью 0,1.

Следует отметить, что нанесение селективного покрытия на ВСП дает намного больший эффект, чем нанесение селективного покрытия на приемник (ВСП при этом без селективного покрытия): сопротивления теплопередаче при давлении разреженного газа 10~3 мм рт. ст. составляют соответственно 0,77 и 0,45 м2-К/Вт (см. рис. 2).

Для того чтобы сравнить в идентичных натурных условиях два типа прозрачной изоляции (ВСП и двойное остекление с воздушным зазором), определить коэффициент теплопроводности разреженного газа и давление в вакуумном зазоре ВСП, а также сопротивление теплопередаче ВСП, был изготовлен макет солнечного коллектора (рис. 3). Его схема представлена на рис. 4.

Макет солнечного коллектора представляет собой монолитный корпус из пенопласта 1 с двумя ячейками одинакового размера, на дне которых располагаются дюралевые пластины 2 толщиной 3 мм, покрытые со светопоглощающей стороны чёрной краской. Одна из ячеек покрывалась вакуумированным стеклопакетом 3 с зазором между стёклами 0,2 мм, а другая - двойным оконным остеклением 4 с воздушным зазором 5 мм. На обоих остеклениях имелось селективное покрытие с излучательной способностью е— 0,18. Корпус покрывался пенопластовой маской 5 и для придания конструкции жёсткости стягивался болтами 6.

Рис. 3. Испытания макета солнечного коллектора с двумя типами прозрачной изоляции: двойным остеклением и ВСП

Температуры пластин под двойным остеклением и ВСП измерялись при помощи хромель-копелевых термопар 7, которые с тыльной стороны

макета зачеканивались в пластины и выводились наружу через пенопластовую теплоизоляцию. Температура наружного воздуха (ос и температуры стекол 41 и хл также измерялись хромель-копелевыми термопарами. Термопары, измеряющие температуры стекол (8), были экранированы от солнечного излучения металлизированным скотчем 9. Все термопары подключались к компьютеру через согласующие устройства: модуль ввода аналоговый МВА-8 и сетевой адаптер АСЗ. Схема испытательного стенда представлена на рис. 5.

Натурные эксперименты проводились на испытательной площадке ГНУ ВИЭСХ (г. Москва). Макет был установлен стационарно, имел ориентацию продольной оси «восток-запад» с направлением нормали на Солнце в солнечный полдень.

б)

Рис. 4. Макет солнечного коллектора с ВСП и двойным остеклением для сравнительных испытаний: а) разрез, б) вид сверху: 1 - корпус из пенопласта, 2 - дюралевые пластины, 3 -ВСП 500мм х 500 мм с зазором 0,2 мм, 4 - двойное оконное стекло 500 мм х 500 дш с зазором 5 мм; 5 - пенопластовая маска; б - болты; 7 - термопары, 8-места крепления термопар; 9 - металлизированный скотч

Целями экспериментов и расчетов являлись:

- предварительная оценка вакуума (если температура пластины под ВСП больше температуры пластины под двойным остеклением, значит, сопротивление теплопередаче ВСП больше, чем двойного остекления, и, следовательно, в зазоре есть вакуум);

- расчет коэффициента теплопроводности разреженного газа А^ак по экспериментальным данным путем решения системы уравнений теплового баланса методом итераций при условии равенства тепловых потоков через ВСП в стационарном режиме;

- определение длины свободного пробега молекулы Ль оценка степени вакуума по критерию Кнудсена;

- определение давления разреженного газа р;

- расчет теплотехнических характеристик СК с ВСП (7?„ Ятз).

Солнечное излучение

Рис. 5. Автоматическое измерение параметров макета солнечного коллектора и окружающей среды: 1-6- термопары,

1 - температура окружающей

среды, "С;

2 - температура пластины под

ВСП, "С;

3 - температура первого от

пластины стекла ВСП, "С;

4 - температура второго стекла

ВСП, °С;

5 - температура пластины под

двойным остеклением, °С;

6 - температура наружного

стекла двойного остекления, "С.

Результаты одного из натурных экспериментов представлены на рис. б. Как видно на графике, температуры пластин под ВСП были больше, чем температуры пластин под двойным остеклением ~ на 25°С.

В табл. 1 показаны сопротивления теплопередаче шести испытанных образцов ВСП, вклад вакуумного зазора в сопротивление теплопередаче, коэффициент теплопроводности разреженного газа Хеах, длина свободного пробега молекулы Л) и давление внутри вакуумного зазора р.

Коэффициент сопротивления теплопередаче ВСП, полученный экспериментально-расчетным способом, составил в среднем 0,47 м2-К/Вт при вакууме 7-10"3 мм рт. ст., а двойного остекления 0,34 м2-К/Вт. Данные результаты представлены также на графике (рис. 7). Расхождение экспериментальных результатов с теоретическими расчетами не превышает 7 %.

Вклад вакуумного зазора в сопротивление теплопередаче ВСП при коэффициенте излучения одной из внутренних поверхностей стекол ВСП е = ОД 8 и остальных поверхностей е — 0,9 составляет более 72,1 - 78 %.

-т-ра окружающей среды

- т-ра пдаечтшм под лгсойпым остеклением

- т-ра первого от пластины стекла ВСП -т-ра второго (наружи.) стекла до. остекления

- т-ра пластины под ВСП

- солнечная рал нация

- т-ра ¡¡ториго (наружного) стекла ВСП

1:00 10:30 11:00 11:30 12:00 12:30 13:00 13:30 14:00 14-30 15:00 15:30 16:00

Время с^ок

Рис. 6. Зависимость температур пластин под ВСП и двойным остеклением, температуры окружающей среды и солнечной радиации

от времени суток

Таблгща 1. Сопротивление теплопередаче испытанных образцов ВСП и двойного остекления (излучатслъная способность селективного покрытия на остеклениях е - 0,18)_

Номер | образца л га 2 хЮО, &ВСП % Лз0К> Вт/(м-К) До, м р, мм рт. ст. ь Л* квсп яг>»д»х1001 ^дв.с т %

1 0,50 0,39 78,0 1,18-Ю""1 0,062 5-10"' 0,36 38,9

II 0,47 0,35 77,8 1,97-10"* 0,036 8-Ю"-1 0,34 38,2

III 0,49 0,38 77,6 1,48-10"4 0,049 6-Ю"-1 0,35 40,0

IV 0,46 0,36 76,6 1,76-Ю"1 0,042 7-10""1 0,34 35,3

V 0,43 0,31 72,1 2,47-Ю"4 0,030 10"2 0,33 30,3

VI 0,44 0,33 75,0 2,22-10"4 0,033 9-10""1 0,33 37,5

Полученное экспериментальным путем значение сопротивления теплопередаче ВСП выше, чем у двойного остекления с селективным покрытием на 30 - 40 %. Для того чтобы сопротивление теплопередаче

ВСП было выше в 2 раза, необходимо наносить селективное покрытие с коэффициентом излучения е = 0,1 на одну из внутренних поверхностей стекол ВСП и создавать вакуум 10'3мм рт. ст. (см. рис. 2,7).

ВСП с селективным покрытием с излучательной способностью 0,1 -е- ВСП с селективным покрытием с излучательной способностью 0,18 -*- двойное остекление с селективным покрытием с изд. способностью 0,18

Показатель степени при основании 10, давление в мм рт. ст.

Рис. 7. Сравнение расчетных и экспериментальных характеристик ВСП

Были проведены сравнительные испытания в натурных условиях солнечных коллекторов 3.179.000.00 ТУ, выпускаемых ОАО «Ковровский механический завод» с штатным (одинарным) остеклением и ВСП. КПД солнечных коллекторов был на 8 % больше при использовании ВСП.

Вакуум внутри ВСП является неконтролируемой средой, не поддающейся измерению вследствие очень малого зазора между стеклами. При эксплуатации ВСП для потребителя важно знать, имеется ли в нем вакуум, для того чтобы в случае деградации вакуума, заменить ВСП на

новый. Для этой цели предлагается поместить внутрь ВСП вещество-индикатор, меняющий цвет при повышении давления разреженного газа. Для этой цели подходят цеолиты, модифицированные путем ионного обмена, например, А^А (формула Ag20•Al20з•Si02). Данное вещество может служить в качестве индикаторов малых количеств (40-70 частей на миллион) паров воды.

Цеолит А§А при повышении давления паров воды от 10° до 2-10"3 мм рт. ст. меняет цвет с коричневого на оранжевый, при 5-10"" мм рт. ст. -с оранжевого на светло-желтый, а в интервале давлений от 0,8-10"1 до 10"' мм рт. ст. из желтого через розовый переходит в серо-белый. Изменение цвета цеолита происходит вследствие способности серебра образовывать с водой окрашенные гидраты. Цвет гидратов меняется в зависимости от содержания молекул воды в них.

Цеолит AgA является термостойким до температуры 700°С (температура, при которой осуществляется откачка воздуха из зазора 450°С), поэтому может применяться в ВСП.

Разработка способа оценки степени вакуума в ВСП при помощи индикатора была проведена совместно с РХТУ им. Д.И. Менделеева.

В третьей главе «Исследование солнечных коллекторов с отражателями и прозрачной изоляцией из вакуумированных стеклопакетов» приводится расчет энергетических и оптических характеристик солнечных коллекторов с отражателями (концентраторами) и ВСП, в том числе графоаналитический метод расчета оптического КПД солнечного коллектора с отражателями, имеющими со-образный полутороидальный или линейный профиль. Отражатели сконструированы так, чтобы отраженные лучи попадали на тыльную сторону теплового приемника.

Для равновесного состояния расчет теплового баланса солнечного коллектора с отражателями производится по уравнению:

Нт!10пт 0 — ([„риз + (¡тепллч > О

где Н- плотность суммарной солнечной радиации, Вт/мг- коэффициент пропускания прозрачной изоляции; ?;„,„„ - оптический КПД системы «концентратор-приемник»; в - коэффициент улавливания солнечного излучения; д„р.,а - плотность теплового потока через прозрачную изоляцию, Вт/м"; д,„сш,.т - плотность теплового потока через теплоизоляцию, Вт/м2.

Расчет характеристик прозрачной изоляции (ВСП) ведется аналогично алгоритму для плоских солнечных коллекторов с ВСП, за исключением некоторых параметров, обусловленных наличием в конструкции солнечного коллектора отражателей.

Оптический КПД 1]ат„ системы «концентратор-приемник» предлагается рассчитывать графоаналитическим методом, заключающемся в делении солнечного потока, падающего на концентратор (рассматривается нормальное падение), на зоны по количеству отражений

от концентратора. Эти зоны для полутороидального концентратора изображены на рис. 8: однократно отражённые лучи располагаются рядом с осью полуокружности, далее следуют двукратные, трёхкратные и т.д.

Суммарный поток, падающий на приемник будет складываться из прямого потока, приходящего на лицевую сторону приемника, и из потока, отраженного от концентратора на тыльную сторону приемника (при условии г„р <г<Ят и г„р = г0):

е=

(г2 -г^у -г^р»'1 +(г„2_2-ги2_3)р"-2

+...+

+ Л

(12)

где д - плотность потока прямой солнечной радиации, Вт/м2; г„ = Иа„ -радиус большой окружности концентратора (апертуры); г„4 - внутренний радиус периферийного кольца и наружный радиус следующего за ним кольца; р„ - коэффициент отражения концентратора в степени и; а„р -коэффициент поглощения солнечной радиации приёмником; га - радиус до оси полуокружности; гпр - радиус приёмника; ¿о > 1 - коэффициент, учитывающий рассеянную радиацию, падающую на лицевую сторону приёмника.

Рис. 8. Зоны лучей, распределенные по количеству отражений: 1 - зона с однократно отраженными лучами, 2 - зона с двукратно отраженными лучами, 3 - зона с трехкратно отраженными лучами, 4 — зона с многократно отраженными лучами, 5 - приемник солнечного излучения, б - отражатель

Для солнечного коллектора с линейными ю-образными отражателями (рис. 9) поток, приходящий на приемник, будет равен:

0=2« qL.iT -г ,)р"+(г ,-г ,]рп~1+[г -г \>"-2+...+ Ал-гъ У+крР% (13)

где Ьк - длина концентратора, м; г„р, г„ в этом случае - ширина приемника и ширина зоны соответственно, м.

Оптический КПД 7/0„„, системы «концентратор - приёмник» определяется как

О

Л опт '

(14)

где Аап - площадь апертуры отражателя.

Для солнечного коллектора с линейными со-образными отражателями (рис. 9) ?/„„„,= 66 % при р = 0,9.

i - тепловой приемник, 2 - оуобразиые отражатели

Солнечный коллектор с линейными ю-образными отражателями был испытан в натурных условиях с тремя типами прозрачной изоляции: одинарным остеклением, двойным остеклением с воздушным зазором 3 мм и вакуумированным стеклопакетом. Экспериментальные данные представлены в табл. 2.

Из табл. 2 видно, что при одинаковых расходах теплоносителя (воды) максимальная температура достигается в солнечном коллекторе с со-образными отражателями и прозрачной изоляцией из ВСП и составляет 94°С. Такая температура является достаточно высокой при коэффициенте концентрации 2. КПД солнечного коллектора с ю-образньши отражателями и ВСП составляет 40,1 %, что выше на 10,8 %, чем КПД солнечного коллектора с со-образными отражателями и одинарным остеклением.

Таблица 2. Параметры окружающей среды и солнечного коллектора с со-образными отражателями и различными типами остекчения при максимальнолI нагреве теплоносителя__

Тип остекления 1 "С я, Вт/м2 Нпр11Х-> Вт-ч/м2 1,х, °С hblXi "С $6ЫХ i °Г G, кг/ч'м2 Q, Вт-ч/м2 %

Одно стекло 20,5 715 732,7 22 78 56 3,3 214,4 29,3

Двойное остекление, зазор 3 мм 17 722 739,9 . 19 82 63 3,4 248,5 33,6

ВСП 17 720 737,9 19 94 74 3,4 295,8 40,1

Обозначения в таблице: 1Ж - температура окружающей среды, Я - солнечная радиация; Н«рих - количество солнечной радиации за час; 1„х - температура теплоносителя (воды) на входе СК, /6Ы.г - температура теплоносителя на выходе из СК; G - расход теплоносителя, О - тепловая энергия, полученная в коллекторе за 1 час; r¡ - КПД.

Четвертая глава «Перспективные области применения солнечных коллекторов с вакуумированнымн стеклопакетами»

посвящена описанию возможных вариантов применения солнечных коллекторов с вакуумированнымн стеклопакетами для изоляции энергоэффективных зданий и гелиотеплиц.

Солнечные воздушные коллекторы с вакуумированными етеклопакетамн предлагается использовать для теплоизоляции энергосберегающих (солнечных) домов. Сопротивление теплопередаче ВСП с селективным покрытием составляет 0,77 м2'К/Вт, а коэффициент пропускания - 0,80. В результате использования ВСП снизятся тепловые потери здания и затраты на отопление помещений. На рис. 10 а, б представлены варианты конструкций солнечных фасадов.

1 2 1

I. L 8.

9

X â-

JL &.

Г'1 in Ч!

li

1.....

li

p

............11

i* 1 1! ----

i j, j ••• _Il_i ...II ..

1 * II

б)

Рис. 10. Конструкции солнечных фасадов: I - стена здания, 2 - абсорбер с селективным покрытием, 3 - вакуумированный стеклопакет, 4 — фиксатор, 5 - вакуумный зазор, 6 - селективное покрытие, 7 - штора нароликах или жалюзи, 8 - воздушный зазор

В конструкции солнечного дома предусмотрена штора на роликах или жалюзи, предотвращающая перегрев стены и помещения в летний период и способствующая сохранению тепла в ночное время.

Теплоизоляция зданий вакуумированными стеклопакетами имеет ряд преимуществ по сравнению с аналогами, в которых используется поликарбонат ячеистой или капиллярной структуры, из-за чего стена имеет большую толщину, а коэффициент пропускания изоляции недостаточно высок (не выше 0,6); кроме того, срок службы ВСП превышает срок службы поликарбоната.

Перспективным направлением является использование солнечных коллекторов с ВСП для теплоснабжения и теплоизоляции теплиц. Коэффициент сопротивления теплопередаче в рабочих условиях теплицы (коэффициенты теплоотдачи теплицы наружному воздуху hoc = 25 Вт/(м2-К) и внутреннему heH = 12 Вт/(м2-К), температура в теплице t„, = 20°С, температуру окружающей среды в январе tac ~ -11°С) составляет Ri - 0,84 м2-К/Вт, что в 6,5 раз превышает сопротивление теплопередаче одинарного остекления, в 3,5 раза - сопротивление теплопередаче двойного остекления и 2,2 раза - сопротивление теплопередаче поликарбонатной плиты толщиной 8 мм. Одна из возможных конструкций

гелиотегтлицы с сезонным аккумулятором тепла защищена патентом РФ на изобретение. В качестве прозрачного ограждения в гелиотешшце могут применяться вакуумированные стеклопакеты.

Экономический анализ был проведен для двух типов солнечных коллекторов: с одинарным остеклением и ВСП (в обоих вариантах имелось селективное покрытие с излучательной способностью ОД). Рассчитывалась солнечная установка для горячего водоснабжения семьи из 4-х человек, содержащей личное подсобное хозяйство (ЛПХ).

В расчетах было принято, что коэффициент замещения традиционного топлива / = 50 %. С учетом этого рассчитывалась необходимая площадь солнечных коллекторов с одинарным остеклением для условий Краснодарского края и Московской области. Площадь солнечных коллекторов с ВСП принималась такой же, но их производительность повышалась за счет уменьшения теплопотерь, и, следовательно, увеличивался/ Производительности солнечных установок дек и коэффициенты замещения / в зависимости от местности и типа остекления солнечных коллекторов представлены в табл. 3.

Таблица 3. Производительности солнечных установок и коэффициенты замещения в зависимости от местности и типа остекления СК

Местность (площадь солнечной установки) СК с одинарным остеклением СК с вакуумнрованным стеклопакетом

qa(, кВт-ч/м'! / qcK, кВт-ч/V /

Краснодарский край (5 м-1) 500,6 0,52 637,6 0,66

Московская область (8 м") 300,7 0,50 446,9 0,75

Таблица 4. Сравнительный анализ эффектов за 15 лет (средний срок службы солнечной установки) при использовании СК с одинарным остеклением и СК с ВСП вместо традиционного источника энергии

Показатель Дизельное топливо Электроэнергия

Краснодарский край Московская область Краснодарский край Московская область

Экономия затрат при использовании СК с одинарным остеклением, тыс. руб. 35,56 12,02 170,53 141,80

Экономия затрат при использовании СКсВСП, тыс. руб. 51,78 42,36 223,08 237,02

Разница в экономии затрат при использовании ВСП и одинарного остекления, тыс. руб. 16,22 30,33 52,56 95,22

Экономический анализ показал, что при наличии природного газа, применение солнечных коллекторов экономически нецелесообразно. Наиболее значительная экономия наблюдается при замещении электрической энергии. Экономия при использовании солнечных коллекторов с ВСП больше, чем при использовании солнечных коллекторов с одинарным остеклением (табл. 4). Сроки окупаемости солнечной установки уменьшаются при использовании солнечных коллекторов с ВСП на 0,7...3 года в зависимости от местности и вида замещаемого традиционного источника энергии (табл. 5).

Таблица 5. Сроки окупаемости солнечной установки, состоящей из СК с различными типами прозрачной изоляции, лет

Дублирующий источите энергии Краснодарский край Московская область

СК с одинарным остеклением СКсВСП СК с одинарным остеклением СК с ВСП

Дизельное топливо 8,5 7,7 12,8 9,8

Электричество 5,2 4,5 7,1 5,8

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Разработана методика расчета теплотехнических характеристик солнечных коллекторов с вакуумированными стеклопакетами, включающая расчетно-экспериментальный метод определения давления разреженного газа в вакуумном зазоре.

2. Обоснованы параметры вакуумированных стеклопакетов, обеспечивающие повышение эффективности солнечных коллекторов:

- давление разреженного газа в вакуумном зазоре должно быть не выше 10"3 мм рт. ст.,

- должно быть нанесено одно селективное покрытие на внутренней поверхности вакуумированного стеклопакета с излучательной способностью 0,1.

Сопротивление теплопередаче солнечного коллектора при этих характеристиках составляет 0,77 м'-К/Вт, что выше, чем сопротивление теплопередаче солнечного коллектора с одинарным остеклением, имеющим селективное покрытие, в 3 раза.

3. Проведены сравнительные экспериментальные исследования в натурных условиях макета солнечного коллектора с вакуумированным стеклопакетом и двойным остеклением, а также промышленных солнечных коллекторов с штатной прозрачной изоляцией (одинарное остекление) и вакуумированными стеклопакетами. Сопротивление теплопередаче испытанных образцов вакуумированных стеклопакетов составило в среднем 0,47 м2>К/Вт при степени вакуума 7-Ю"3 мм рт. ст.,

что выше чем у двойного остекления на 30 - 40 %. При температуре окружающей среды -11,2°С температура приемника воздушного солнечного коллектора составила 124,5°С. Испытания промышленных солнечных коллекторов подтвердили преимущество вакуумированных стеклопакетов перед одинарным остеклением - КПД солнечного коллектора повысился на 8 %.

4. Предложен способ оценки степени вакуума в вакуумированном стеклопакете солнечного коллектора при помощи вещества-индикатора, изменяющего цвет при повышении давления.

5. Разработана методика расчета оптических и энергетических характеристик солнечных коллекторов с ш-образными отражателями и вакуумировашшми стеклопакетами, включающая; графоаналитический метод расчета оптического КПД. Сравнительные испытания CK с и-образными отражателями показали преимущество применения вакуумированных стеклопакетов перед одинарным и двойным остеклениями. Максимальная температура теплоносителя (воды) была достигнута при применении вакуумированного стеклопакета и составила 94°С.

6. Сравнение экономических эффектов использования солнечных коллекторов с одинарным остеклением, имеющим селективное покрытие, и солнечных коллекторов с вакуумированными стеклопакетами для обеспечения горячего водоснабжения личного подсобного хозяйства показало, что экономия затрат на электроэнергию больше при использовании солнечных коллекторов с вакуумированными стеклопакетами. Сроки окупаемости солнечной установки уменьшаются при использовании солнечных коллекторов с вакуумированными стеклопакетами на 0,7...3 года в зависимости от местности и замещаемого традиционного источника энергии.

Основные результаты диссертационной работы изложены в следующих публикациях:

1. Митина И.В., Стребков Д.С., Трушевский С.Н. Расчетно-экспериментапьная методика определения тепловых характеристик солнечных коллекторов с вакуумироваными стеклопакетами // Альтернативная энергетика и экология, 2008, № 11. С. 59 - 62.

2. Митина И.В., Стребков Д.С., Трушевский С.Н. Расчет коэффициента концентрации по балансу лучистых потоков // Материалы Шестой Всероссийской научной молодежной школы с международным участием «Возобновляемые источники энергии» / под общей редакцией A.A. Соловьева. Часть 1 -М.: Университетская книга, 2008. С. 178-183.

3. Стребков Д.С., Трушевский С.Н., Митина И.В. Применение вакуумированных стеклопакетов для повышения эффективности солнечных коллекторов // Сборник научных трудов и инженерных

разработок 9-ой специализированной выставки «Изделия и технологии двойного назначения. Диверсификация ОПК». М.: Эксподизайн-Холдинг, 2008. С. 326 - 330.

4. Митина И.В. Графоаналитический метод расчета оптического КПД системы «концентратор-приемник» // Альтернативная энергетика и экология, 2008, № 9. С. 38 - 41.

5. Митина И.В., Стребков Д.С., Трушевский С.Н. Оптимизация параметров вакуумированных стеклопакетов для их применения в солнечных коллекторах // Альтернативная энергетика и экология, 2008, №8. С. 61-66.

6. Митина И.В. Изоляция солнечных коллекторов вакуумированными стеклопакетами // Механизация и электрификация сельского хозяйства, 2008, № 7. С. 38 - 40.

7. Трушевский С.Н., Митина И.В. Вакуумированные стеклопакеты и солнечные коллекторы // Гелиотехника, 2008, № 3. С. 31 - 37.

8. Трушевский С.Н., Митина И.В. Исследование вакуумированных стеклопакетов для использования в качестве прозрачной изоляции солнечных коллекторов // Труды 6-ой Международной научно-технической конференции «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве». Часть 4. Возобновляемые источники энергии. Местные энергоресурсы. Экология. - М.: ГНУ ВЙЭСХ, 2008. С. 188-193.

9. Трушевский С.Н., Митина И.В. Методика расчета коэффициента концентрации по балансу лучистых потоков // Гелиотехника, 2007, №2. С. 36-41.

10. Митина И.В., Иванчевская Э.С. Применение солнечных воздушных коллекторов, интегрированных в стену здания // Труды 5-ой Международной научно-технической конференции «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве». Часть 4. Возобновляемые источники энергии. Местные энергоресурсы. Экология. -М.: ГНУ ВИЭСХ, 2006. С. 170 -175.

11. Трушевский С.Н., Митина И.В., Иванчевская Э.С. Сравнительные испытания макета солнечного коллектора с вакуумированным стеютопакетом и двойным остеклением // Труды 5-ой Международной научно-технической конференции «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве». Часть 4. Возобновляемые источники энергии. Местные энергоресурсы. Экология. -М.: ГНУ ВИЭСХ, 2006. С. 176 -182.

12. Митина И.В., Иванчевская Э.С. Применение стационарных солнечных концентраторов для теплоснабжения и получения электричества // Тезисы докладов секции «Энергосберегающие технологии и альтернативные источники энергии» Международного научно-промышленного форума «Великие реки - 2005». - Н. Новгород. С. 23-25.

13. Митина И.В., Иванчевская Э.С. Прозрачная вакуумная теплоизоляция для солнечных энергоустановок и теплиц // Тезисы докладов секции «Энергосберегающие технологии и альтернативные источники энергии» Международного научно-промышленного форума «Великие реки - 2005». - Н. Новгород. С. 25 - 27.

14. Патент РФ на изобретение № 2338128. Солнечная установка с концентратором / Стребков Д.С., Митина И.В. // БИ. 2008, № 31.

15. Патент РФ на изобретение № 2275560. Способ аккумулирования солнечной энергии и устройство его осуществления / Стребков Д.С., Раббимов Р.Т., Трушевский С.Н., Митина И.В. // БИ. 2006, № 12.

Подписано в печать 12.05.2009 г. Печать цифровая Формат 60x84/16 Бумага офсетная 80 гр/м2 Усл. п.л. 1,75 Тираж 100 Заказ №187

Отпечатано в ООО «НИПКЦ Восход-А» 111621, Москва, ул. Оренбургская, д. 15, офис 226 Тел./факс: (495)700-12-08, 700-12-17 e-mail: admin@vosxod.org www.vosxod.org

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОБЗОР КОНСТРУКЦИИ И ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СОЛНЕЧНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ И ИСПОЛЬЗУЕМОЙ В НИХ ПРОЗРАЧНОЙ ИЗОЛЯЦИИ.

1.1. Типы солнечных коллекторов.

1.1.1. Плоские солнечные коллекторы.

1.1.2. Солнечные коллекторы с вакуумированными трубками.

1.1.3. Солнечные коллекторы с отражателями.

1.2. Типы прозрачной изоляции для солнечных коллекторов.

1.2.1. Одинарное, двойное остекления.

1.2.2. Стекла с селективными покрытиями.

1.2.3. Прозрачная изоляция из полимерных материалов.

1.2.4. Вакуумированные стеклопакеты.

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПЛОСКИХ СОЛНЕЧНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ С ВАКУУМИРОВАННЫМИ СТЕКЛОПАКЕТАМИ.

2.1. Методика расчета солнечного коллектора с вакуумированным стеклопакетом.

2.1.1. Постановка задачи.

2.1.2. Тепловой баланс солнечного коллектора с вакуумированным стеклопакетом.

2.1.3. Зависимость коэффициента теплопроводности разреженного газа от давления в вакуумном зазоре ВСП.

2.2. Расчет характеристик вакуумированных стеклопакетов, обеспечивающих повышение эффективности солнечных коллекторов.

2.3. Экспериментальное исследование макета солнечного коллектора с вакуумированными стеклопакетами.

2.3.1. Описание эксперимента.

2.3.2. Краткое описание измерительных приборов и оценка погрешностей измерений.

2.3.3. Результаты испытаний.

2.4. Испытания промышленных солнечных коллекторов с вакуумированными стеклопакетами.

2.5. Определение степени вакуума в вакуумированном стеклопакете при помощи вещества-индикатора.

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ СОЛНЕЧНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ С ОТРАЖАТЕЛЯМИ И ПРОЗРАЧНОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ ИЗ

ВАКУУМИРОВАННЫХ СТЕКЛОПАКЕТОВ.

3.1. Расчет солнечных коллекторов с отражателями.

3.1.1. Графоаналитический метод расчета оптического КПД системы «концентратор-приемник». 3.1.2. Метод расчета коэффициента концентрации по балансу лучистых потоков.

3.2. Расчет энергетических характеристик солнечного коллектора с сообразными отражателями.

3.2.1. Геометрические параметры га-образного отражателя.

3.2.2. Расчёт оптического КПД и коэффициента концентрации теплового модуля с га-образными отражателями.

3.3. Экспериментальное исследование солнечного коллектора с га-образными отражателями и различными типами прозрачной изоляции.

3.4. Определение эксергии солнечного коллектора с га-образными отражателями.

ГЛАВА 4. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СОЛНЕЧНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ С ВАКУУМИРОВАННЫМИ СТЕКЛОПАКЕТАМИ.

4.1. Перспективные области применения солнечных коллекторов с вакуумированными стеклопакетами.

4.1.1. Солнечная установка с отражателем и приемником с вакуумированной изоляцией.

4.1.2. Солнечные фасады с вакуумированными стеклопакетами.

4.1.3. Теплицы с прозрачным ограждением из вакуумированных стеклопакетов.

4.2. Экономическая эффективность применения солнечных коллекторов с вакуумированными стеклопакетами для горячего водоснабжения сельскохозяйственного объекта.

4.2.1. Расчет нагрузки горячего водоснабжения для личного подсобного хозяйства и тепловой энергии, получаемой за счет солнечных коллекторов.

4.2.2. Расчет базы для сравнения и определение критерия оценки эффективности применения вакуумированных стеклопакетов в солнечных коллекторах.

4.2.3. Расчет экономической эффективности и срока окупаемости.

Использование возобновляемых источников энергии (ВИЭ) актуально для всех стран мира: для развитых стран, импортирующих топливно-энергетические ресурсы, - это, в первую очередь, обеспечение энергетической безопасности; для развитых стран, имеющих свои запасы топлива, — улучшение экологической ситуации; для развивающихся стран - способ улучшить социально-бытовые условия проживания населения.

По данным [1] запасов газа хватит на 120 лет, нефти — на 250, угля — на 1560, поэтому использование ВИЭ во всем мире — это обеспечение мировой энергетической безопасности. От состояния энергетики зависит также развитие промышленности и сельского хозяйства, поэтому использование ВИЭ поможет решить также проблему устойчивого развития сельских территорий. Таким образом, внедрение ВИЭ повлияет на решение трех глобальных проблем: энергетики, экологии и продовольствия.

Россия является одним из крупнейших экспортеров топливно-энергетических ресурсов, она обладает 12 % мировых запасов нефти, 35 % мировых запасов газа, 16 % мировых запасов угля и 14 % урана [2]. Однако, вышеперечисленные проблемы касаются и России. Специфика России заключается в том, что страна огромная, и более 70 % территории страны, где 4 проживает более 10 млн. человек [3], не имеют централизованного энергоснабжения. Это, прежде всего, Крайний Север, восточные регионы, горная местность с отгонным и пастбищным животноводством. Стоимость топлива, доставляемого в отдаленные населенные пункты Крайнего Севера, Дальнего Востока, Сибири (дизельное топливо, бензин, мазут, масла), в связи с транспортными расходами, значительно возрастает по сравнению с ценами производителей. Поэтому в таких районах, по возможности, необходимо использовать местные альтернативные источники энергии.

Сейчас страны всего мира стремятся развивать использование возобновляемых источников энергии, и многие из стран занимаются этой проблемой на государственном уровне по следующим причинам [4]:

• уменьшение зависимости от импорта органического топлива (в основном нефти и газа);

• загрязнение окружающей среды;

• возможность интеграции энергоустановок на основе возобновляемых видов энергии в существующую энергетическую сеть;

• возможность применения и развития наукоемких технологий;

• неисчерпаемость ВИЭ;

• доступность возобновляемых ресурсов.

Наиболее распространенным и доступным возобновляемым источником энергии является солнечная энергия. Приход суммарной солнечной энергии на

18 поверхность Земли оценивается в 10 кВт-ч/год - цифра, в 7000 раз превышающая годовое потребление энергии всех жителей планеты [5].

Для теплоснабжения и горячего водоснабжения жилых и сельскохозяйственных объектов используют солнечные коллекторы (СК). В сельском хозяйстве солнечные коллекторы применяются для отопления и горячего водоснабжения жилых и животноводческих объектов; для сушки фруктов, зерна, другой продукции; тепловой обработки грубых кормов.

Ведущими странами в использовании солнечных тепловых установок (плоские солнечные коллекторы и коллекторы с вакуумированными трубками) являются: Китай — 65,1 ГВт тепловой мощности, Турция — 6,6 ГВт, Германия -5,6 ГВт, Япония - 4,7 ГВт, Израиль - 3,4 ГВт. За ними следуют Греция -2,3 ГВт, Бразилия - 2,2 ГВт, Австрия - 1,9 ГВт, США - 1,6 ГВт и Австралия -1,1 ГВт [6].

К 2008 году в мире всего было установлено 67,4 млн. м (47,2 ГВт тепловой энергии) плоских солнечных коллекторов с остеклением [6, 7]. В России установлено около 15 тыс. м ; в Краснодарском крае построено 102 гелиоустановки общей площадью 5000 м , в Бурятии - 86 гелиоустановок площадью 3660 м [8]. Перспективы развития солнечной энергетики в России очевидны: количество солнечной радиации, поступающей на земную поверхность, достаточно высока в Краснодарском, Ставропольском краях, Забайкалье, Приморском крае и в др. субъектах РФ (рис. 1 [I]).

Считается, что солнечная установка не окупается в течение 20 лет в районах, лежащих севернее 45° с.ш. Но даже в странах с холодным климатом -Швеции, Финляндии - реализованы проекты солнечных систем теплоснабжения с применением тепловых насосов и сезонных аккумуляторов теплоты [9]. Поэтому в России также существует возможность использования солнечной энергии и в умеренном климате.

Рис. 1. Распределение солнечной энергии на территории России

Данные по потенциалу солнечной энергии по Федеральным округам РФ приведены в табл. 1 [10]. Из таблицы видно, что потенциал солнечной энергии достаточно высок во всех федеральных округах.

По данным [11] цена за кВт-ч тепловой энергии, полученной за счет использования солнечных коллекторов, снизится с 25 центов до 2 - 10 центов к 2020 году. Учитывая непрерывный и значительный рост цен на электроэнергию, можно говорить о необходимости внедрения ВИЭ, в том числе для производства тепловой энергии.

Таблица 1

Данные по потенциальным ресурсам солнечной энергии России

Валовый потенциал, Технический потенциал* Экономический потенциал**

Федераль ный округ Производство тепла, Производство электроэнергии, млн. ту.т. Всего, млн. Производство тепла, Производство электро- Всего, млн. млрд. т у.т. млн. т у.т. ту.т. млн. т у.т. энергии, млн. т у.т. т у.т.

Центральный 84,9 404,2 34,6 438,8 480,9 30,2 511,1

Северозападный 178,2 664,6 80,0 744,6 12,4 15,4 27,8

Южный 100,7 568,2 41,9 610,1 680,0 11,7 691,7

Приволжский 140,8 668,9 58,3 727,2 528,0 37,1 565,1

Уральский 215,6 659,9 89,7 749,6 145,6 20,9 166,5

Сибирский 672,0 2901,2 279,7 3180,9 401,6 26,0 427,6

Дальневосточный 813,2 2886,0 338,4 3224,4 125,5 6,6 132,1

Снижение стоимости тепловой энергии, вырабатываемой солнечными коллекторами, может быть достигнуто за счет уменьшения капитальных затрат на солнечную установку и применения более эффективных конструкционных материалов, а также повышения эффективности работы солнечных коллекторов и уменьшения тепловых потерь солнечного коллектора.

Актуальность работы.

Наибольшие тепловые потери, от которых значительно зависит производительность солнечного коллектора, происходят за счет теплового излучения и конвекции через прозрачную изоляцию. Эти потери могут составлять до 90 % всех тепловых потерь солнечного коллектора, поэтому

Технический потенциал ВИЭ — часть валового потенциала, преобразование которого в полезную энергию возможно при существующем уровне развития технических средств, при соблюдении требований по охране природной среды.

Экономический потенциал ВИЭ - часть технического потенциала, преобразование которого в полезную используемую энергию экономически целесообразно при данном уровне цен на ископаемое топливо, тепловую и электрическую энергию, оборудование, материалы, транспортные услуги, оплату труда и т.д. выбор прозрачной изоляции с высоким сопротивлением теплопередаче — важная стадия конструирования солнечного коллектора.

В данной работе рассмотрены 2 типа солнечных коллекторов: плоские и с отражателями.

Исследованием солнечных коллекторов, в т.ч. их прозрачной изоляции, занимались Авезов P.P., Бекман У.А., Бутузов В.А., Даффи Дж.А., Зоколей С., Казанджан Б.И., Попель О.С., Тарнижевский Б.В., Твайделл Дж., Трушевский С.Н., Уэйр А. и др. Большой вклад в разработку концентрирующих систем, в том числе солнечных коллекторов с отражателями внесли такие ученые, как Апариси P.P., Баум В.А., Безруких П.П., Захидов Р.А., Руденко М.Ф., Стребков Д.С.', Тверьянович Э.В., Тепляков Д.И., Тюхов И.И. и др.

Как правило, в солнечных коллекторах в качестве прозрачной изоляции применяется одинарное остекление, которое имеет коэффициент сопротивления теплопередаче 0,13 м -К/Вт при средней температуре приемника 100°С, температуре окружающей среды -20°С и коэффициенте теплоотдачи в окружающую среду

20 Вт/(м2-К) [12]. Двойное остекление имеет л сопротивление теплопередаче 0,24 м -К/Вт, двойное остекление с селективным покрытием — 0,36 м"-К/Вт при тех же параметрах, но использование двойного остекления усложняет конструкцию СК из-за увеличения толщины воздушных зазоров между стеклами, а также увеличивает вес конструкции.

Вакуумированные стеклопакеты (ВСП) с коэффициентом сопротивления теплопередаче, превосходящим одинарное и двойное остекления за счет вакуумного зазора, в котором теплопроводность разреженного газа и конвекция незначительны, могут применяться в качестве прозрачной теплоизоляции солнечных коллекторов.

Работа выполнялась в соответствии с программой РАСХН по фундаментальным и приоритетным прикладным исследованиям по научному обеспечению развития агропромышленного комплекса Российской Федерации на 2006 - 2010 гг. (задание 09.02.05).

Целью диссертационной работы является повышение эффективности солнечных коллекторов за счет применения вакуумированных стеклопакетов.

Для достижения данной цели были поставлены и решены следующие задачи:

1. Разработать методику расчета теплотехнических характеристик солнечных коллекторов с вакуумированными стеклопакетами.

2. Определить характеристики солнечных коллекторов с вакуумированными стеклопакетами, обеспечивающие повышение их эффективности.

3. Разработать макет солнечного коллектора с вакуумированным стеклопакетом; провести натурные испытания макета солнечного коллектора и промышленных солнечных коллекторов с вакуумированными стеклопакетами.

4. Разработать способ оценки степени вакуума в вакуумированном стеклопакете солнечного коллектора при помощи индикатора.

5. Исследовать тепловые характеристики солнечного коллектора с отражателями и с различными типами прозрачной изоляции, включая вакуумированные стеклопакеты.

6. Провести экономический анализ эффективности применения солнечных коллекторов с вакуумированными стеклопакетами для горячего водоснабжения сельскохозяйственного объекта.

Научная новизна работы

1. Разработана методика определения теплотехнических характеристик солнечных коллекторов с вакуумированными стеклопакетами, включающая расчетно-экспериментальный метод определения давления разреженного газа в вакуумном зазоре.

2. Обоснованы тепловые и оптические характеристики солнечных коллекторов с вакуумированными стеклопакетами, обеспечивающие повышение их эффективности.

3. Разработан способ оценки степени вакуума в вакуумированном стеклопакете солнечного коллектора при помощи вещества-индикатора, изменяющего цвет при изменении давления.

4. Разработан графоаналитический метод определения оптического КПД солнечных коллекторов с со-образными отражателями.

5. Обосновано применение солнечных коллекторов с вакуумированными стеклопакетами для объектов сельского хозяйства (гелиотеплиц и солнечных домов).

Научная новизна работы подтверждена двумя патентами РФ на изобретения.

Практическая ценность

Методика определения теплотехнических характеристик солнечных коллекторов с вакуумированными стеклопакетами, включающая расчетно-экспериментальный метод определения давления разреженного газа в вакуумированном стеклопакете солнечного коллектора; графоаналитический метод расчета оптического КПД солнечных коллекторов с отражателями используются в учебном процессе на кафедре ЮНЕСКО «Техника экологически чистых производств» Московского государственного университета инженерной экологии, что подтверждено соответствующим актом.

В результате проведенных натурных испытаний было установлено, что КПД промышленных солнечных коллекторов с вакуумированными стеклопакетами выше на 8 %, чем КПД солнечных коллекторов с штатным одинарным остеклением. Рекомендации по изготовлению солнечных коллекторов с вакуумированными стеклопакетами используются ОАО «Ковровский механический завод», что подтверждено соответствующим актом.

Способ оценки степени вакуума при помощи вещества-индикатора, меняющего цвет при изменении давления разреженного газа, позволит визуально оценивать степень вакуума (без специальных приборов) при эксплуатации вакуумированных стеклопакетов как в солнечных коллекторах, так и при остеклении зданий.

Положения, выносимые на защиту

1. Методика определения теплотехнических характеристик солнечных коллекторов с вакуумированными стеклопакетами, включающая расчетно-экспериментальный метод определения давления разреженного газа в вакуумированном стеклопакете солнечного коллектора.

2. Характеристики солнечных коллекторов с вакуумированными стеклопакетами, при которых сопротивление теплопередаче больше в 3 раза, чем у солнечных коллекторов с одинарным остеклением, имеющим селективное покрытие.

3. Повышение эффективности солнечных коллекторов за счет применения вакуумированных стеклопакетов, подтвержденное экспериментальными исследованиями в натурных условиях.

4. Способ оценки степени вакуума в вакуумированных стеклопакетах солнечных коллекторов при помощи вещества-индикатора, изменяющего цвет при изменении давления разреженного газа.

Апробация работы

Материалы диссертации были использованы в научных отчетах отдела «Возобновляемые источники энергии» ГНУ ВИЭСХ в 2007 и 2008 гг. Основные положения диссертационной работы докладывались на Международном конгрессе «Великие реки» в 2004, 2005, 2007 гг. в Нижнем Новгороде; Пятой и Шестой Международной научно-технической конференции «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве» в 2006 и 2008 гг. (г. Москва, ГНУ ВИЭСХ); конференции в рамках выставки «Изделия и технологии двойного назначения. Диверсификация ОПК» (г. Москва, ВВЦ), Шестой Всероссийской научной молодежной школе «Возобновляемые источники энергии» (г. Москва, МГУ имени М.В. Ломоносова).

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 15 научных работ, в том числе 3 статьи в журнале «Альтернативная энергетика и экология», 1 статья в журнале «Механизация и электрификация сельского хозяйства», 2 статьи в журнале «Гелиотехника», получено 2 патента на изобретение.

Структура диссертационной работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 127 страницах машинописного текста, иллюстрированных 61 рисунком и 32 таблицами, и снабжена 4 приложениями; список литературы включает 110 наименований.

Выводы к главе 4

1. Применение солнечных коллекторов с вакуумированными стеклопакетами перспективно для отопления солнечных домов и теплиц.

2. Сравнение экономических эффектов использования солнечных коллекторов с одинарным остеклением, имеющим селективное покрытие, и солнечных коллекторов с вакуумированными стеклопакетами для обеспечения горячего водоснабжения ЛПХ показало, что экономия затрат на электроэнергию больше при использовании солнечных коллекторов с вакуумированными стеклопакетами. Сроки окупаемости солнечной установки уменьшаются при использовании солнечных коллекторов с вакуумированными стеклопакетами на 0,7.3 года в зависимости от местности и замещаемого традиционного источника энергии.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящее время в России есть предпосылки для развития возобновляемой энергетики, в том числе для внедрения на рынок солнечных коллекторов. Автор [110] считает, для того, чтобы повысить спрос на солнечные коллекторы, потребителям необходимо давать информацию не только о цене и сроках окупаемости солнечных установок, но также и о том, что солнечный коллектор может дополнять, а в летний период заменять электрический котел, продлевая таким образом его срок службы, а также о том, что солнечный коллектор может интегрироваться в здания, т.е. быть формообразующим архитектурным элементом (например, элементом крыши или фасада), способствуя экономии строительных материалов. И, наконец, необходимо стремиться к снижению цены солнечных коллекторов и повышению их эффективности.

В настоящей работе было показано, что повысить эффективность солнечных коллекторов можно за счет применения вакуумированных стеклопакетов, которые значительно снизят тепловые потери в окружающую среду. X

В данной работе получены следующие результаты:

1. Разработана методика расчета теплотехнических характеристик солнечных коллекторов с вакуумированными стеклопакетами, включающая расчетно-экспериментальный метод определения давления разреженного газа в вакуумном зазоре.

2. Обоснованы параметры вакуумированных стеклопакетов, обеспечивающие повышение эффективности солнечных коллекторов:

- давление разреженного газа в вакуумном зазоре должно быть не выше 10"3 мм рт. ст.,

- должно быть нанесено одно селективное покрытие на внутренней поверхности вакуумированного стеклопакета с излучательной способностью 0,1.

Сопротивление теплопередаче солнечного коллектора при этих характеристиках составляет 0,77 м -К/Вт, что выше, чем сопротивление теплопередаче солнечного коллектора с одинарным остеклением, имеющим селективное покрытие, в 3 раза.

3. Проведены сравнительные экспериментальные исследования в натурных условиях макета солнечного коллектора с вакуумированным стеклопакетом и двойным остеклением, а также промышленных солнечных коллекторов с штатной прозрачной изоляцией (одинарное остекление) и вакуумированными стеклопакетами. Сопротивление теплопередаче испытанных образцов вакуумированных стеклопакетов составило в среднем 3

0,47 м"-К/Вт при степени вакуума 7-10" мм рт. ст., что выше чем у двойного остекления на 30 - 40 %. При температуре окружающей среды -11,2°С температура приемника воздушного солнечного коллектора составила 124,5°С. Испытания промышленных солнечных коллекторов подтвердили преимущество вакуумированных стеклопакетов перед одинарным остеклением - КПД солнечного коллектора повысился на 8 %.

4. Предложен способ оценки степени вакуума в вакуумированном стеклопакете солнечного коллектора при помощи вещества-индикатора, изменяющего цвет при повышении давления.

5. Разработана методика расчета оптических и энергетических характеристик солнечных коллекторов с со-образными отражателями и вакуумированными стеклопакетами, включающая графоаналитический метод расчета оптического КПД. Сравнительные испытания СК с оо-образными 'отражателями показали преимущество применения вакуумированных стеклопакетов перед одинарным и двойным остеклениями. Максимальная температура теплоносителя (воды) была достигнута при применении вакуумированного стеклопакета и составила 94°С.

6. Сравнение экономических эффектов использования солнечных коллекторов с одинарным остеклением, имеющим селективное покрытие, и солнечных г коллекторов с вакуумированными стеклопакетами для обеспечения горячего водоснабжения личного подсобного хозяйства показало, что экономия затрат на электроэнергию больше при использовании солнечных коллекторов с вакуумированными стеклопакетами. Сроки окупаемости солнечной установки уменьшаются при использовании солнечных коллекторов с вакуумированными стеклопакетами на 0,7.3 года в зависимости от местности и замещаемого традиционного источника энергии.

1. Безруких П.П., Стребков Д.С. Возобновляемая энергетика: стратегия, ресурсы, технологии. М.: ГНУ ВИЭСХ, 2005. - 264 с.

2. Безруких П.П. Возобновляемые источники энергии и надежность электроснабжения // Энергетическая политика, 2008, № 3. С. 3 10.

3. Energia dal sole: le fonti rinnovabili. A cura di F.P. Vivoli, M. Zinzi. ENEA, 2006.

4. W. Weiss, I. Bergmann, G. Fantnger. Solar Heat Worldwide. Markets and Contribution to the Energy Supply 2006. Edition 2008. Solar Heating and Colling Programme, IEA. http://www.ieashc.org/publications/downloads/ IEASHCSolarHeatWorldwide-2008.pdf.

5. Barbel Epp. Flat plate collectors: trends and technology // Sun & Wind Energy, 2008, № 6.

6. Бутузов B.A. Солнечное теплоснабжение в России: состояние дел и региональные особенности // Энергосбережение, 2009, № 3. С. 70 — 72.

7. Харченко Н.В. Индивидуальные солнечные установки. -М.: Энергоатомиздат, 1991. 208 с.

8. Справочник по ресурсам возобновляемых источников энергии России и местным видам топлива (показатели по территориям). Под ред. д-ра техн. наук П.П. Безруких. М.: НАД «Энергия», 2007 - 272 с.

9. Безруких П.П. Возобновляемая энергетика: сегодня — реальность, завтра необходимость. - М.: Лесная страна, 2007. - 120 с.

10. J.A. Duffie, W.A. Beckman. Solar Engineering of Thermal Processes. Second edition. John Wiley & Sons, Inc., USA, 1991.13