Изобретение относится к области гелиотехники и может быть использовано как средство обогрева теплиц, зданий и сооружений, например, сушилок сельскохозяйственной продукции.
Наиболее близкой к изобретению является солнечная панель, содержащая размещенные в корпусе с зазором между ними два прозрачных экрана, первый из которых сориентирован к Солнцу, а на поверхности второго нанесено селективное светопрозрачное покрытие с малой степенью черноты (авт. св. СССР N 918708, F 24 J 2/50, 1982).
Недостатком известной панели является малоэффективная тепловая защита и в итоге незначительное использование солнечной энергии.
Для устранения указанных недостатков в солнечной панели, содержащей размещенные в корпусе два прозрачных установленных с зазором экрана, первый из которых сориентирован к Солнцу, на поверхности второго экрана нанесено селективное светопрозрачное покрытие с малой степенью черноты, светопрозрачное покрытие расположено на поверхности второго экрана, обращенной к первому экрану, а зазор между экранами определен из соотношения
δ = 0,10 - 0,11 F/П,
где F - площадь светоприемной поверхности панели, м2;
П - периметр светоприемной поверхности панели, м.
Предлагаемое устройство - солнечная панель (СП), пропуская солнечный поток к объекту обогрева, является в то же время хорошим теплоизолятором, так как оптимальный воздушный зазор между экранами и малая степень черноты селективного светопрозрачного покрытия на внутреннем экране обеспечивают минимальные тепловые потери от объекта обогрева через СП в окружающую среду.
Селективное светопрозрачное покрытие представляет собой тончайшую просветленную металлическую пленку, наносимую на поверхность светопрозрачного экрана (Колтун М. М. Селективные оптические поверхности преобразователей солнечной энергии. - М.: Наука, 1979, с. 171-178).
В частности, стеклянные экраны с пленками ZnS + Ag + ZnS и ZnS + Cu + ZnS имеют при светопропускании Ds = 0,63 - 0,68 степень черноты E = 0,06 - 0,1. При покрытии этих пленок светопрозрачным лаком на основе фторсополимеров (с целью защиты пленок от внешних воздействий) степень черноты может увеличиваться до 0,2.
В предложенном устройстве для максимального пропускания солнечной энергии к объекту обогрева (и, следовательно, для максимального поглощения этим объектом солнечного излучения) следует иметь как можно больший коэффициент светопропускания Ds селективного покрытия, а для сокращения до минимума потерь тепловой энергии (которые происходят излучением) и наиболее эффективного использования СП в качестве теплоизоляции обогреваемого объекта необходимо использовать селективное покрытие с минимальной степенью черноты E. То есть имеет смысл использовать селективное покрытие с максимальным отношением Ds/E при максимальном значении Ds.
Так как экран с селективным покрытием поглощает порядка 20% солнечной энергии, то его в СП с двумя прозрачными экранами надо устанавливать вторым по ходу солнечного потока, чтобы использовать поглощенную солнечную энергию для повышения температуры этого экрана и создания, таким образом, барьера для уменьшения теплопотерь от обогреваемого объекта.
На внешнем (первом) экране селективное покрытие наносить нецелесообразно, так как в этом случае поглощенная внешним экраном солнечная энергия будет с минимальным термическим сопротивлением отдаваться окружающей среде, т.е. практически теряться.
Селективное покрытие более рационально размещать на втором экране (ближнем к обогреваемому объекту) на поверхности, обращенной к первому экрану при оптимальной величине зазора между экранами.
Это объясняется тем, что, во-первых, селективное покрытие надо защитить при транспортировании, хранении, монтаже и при эксплуатации СП на обогреваемом объекте, исключив возможность контакта покрытия со средой объекта. Во-вторых, при таком расположении селективного покрытия термическое сопротивление конвекции зазора между экранами будет больше термического сопротивления конвекции зазора между обогреваемым объектом и вторым (внутренним) экраном, так как при установке предлагаемой СП на стены зданий или сооружений зазор между вторым экраном и стеной меньше зазора между экранами (это необходимо для исключения значительных теплопотерь через боковую поверхность СП).
В случае установки СП в теплицах или чердаках термическое сопротивление конвекции зазора между экранами также будет больше термического сопротивления конвекции между обогреваемым объектом и вторым экраном, несмотря на то, что величина зазора между обогреваемым объектом и вторым экраном, как правило, значительно больше зазора между экранами. Это объясняется наличием развитой поверхности обогреваемого объекта (например, значительной листовой поверхностью растений теплицы), что приводит к повышенной теплоотдаче конвекций от объекта и к снижению за счет этого термического сопротивления между объектами и вторым экраном.
Оптимальная величина зазора между экранами определена с учетом условия обеспечения минимальных потерь теплового потока от обогреваемого объекта через СП.
Потери теплового потока от второго экрана с селективным покрытием осуществляются излучением и конвекцией воздуха к первому экрану и к боковой поверхности корпуса СП. При этом принимая температуру внешнего экрана и стенок корпуса между экранами одинаковой, зависимостью потерь теплового потока излучением от величины зазора можно пренебречь.
Так как площадь поверхности экрана с селективным покрытием, передающая тепловой поток к стенкам корпуса (и зависящая от теплопроводности экрана), не может выйти за пределы диапазона от нуля до площади поверхности корпуса между экранами, то длина пути теплового потока от экрана с селективным покрытием до середины стенки корпуса между экранами не выходит за пределы от δ /2 до δ /1,3 где δ - величина зазора между экранами.
С увеличением зазора величина теплового потока, передаваемого между экранами, уменьшается, а между экраном с селективным покрытием и стенкой корпуса растет за счет увеличения площади стенки корпуса.
Тепловой поток, уходящий конвекцией от экрана с селективным покрытием через внешнюю поверхность СП (через внешний экран и корпус между экранами) в окружающую среду, можно записать в виде
где Q - тепловой поток, Вт;
A - коэффициент пропорциональности, Вт/м1,9;
F - площадь светоприемной поверхности СП, м2;
δ - зазор между экранами, м,
П - периметр светоприемной поверхности панели, м;
Z - коэффициент, учитывающий размер зазора и равный 1,3 или 2.
После дифференцирования (1) по δ и приравнивания результата к нулю получено уравнение для нахождения оптимальной величины зазора δ (в данном случае оптимум - минимум функции Q)
Подставляя в (2) значение Z, получаем следующее выражение для определения величины оптимального зазора:
δ = 0,10....0,11F/П. (3)
Предложенная солнечная панель показана на чертеже.
Солнечная панель содержит корпус 1, внешний прозрачный 2 и внутренний 3 экраны, причем последний с селективным покрытием 4, обращенным навстречу солнечному потоку. Экраны расположены друг относительно друга на расстоянии δ.
Работа солнечной панели происходит следующим образом.
Солнечный тепловой поток проходит через прозрачные экраны 2 и 3 к обогреваемому объекту. Экран 3 с селективным покрытием частично поглощает солнечный тепловой поток, за счет этого температура его повышается и тем самым сокращается тепловой поток от обогреваемого объекта к панели из-за уменьшения разности температур между ними.
Зазор выбран оптимальным с позиции уменьшения тепловых потерь конвекцией, что в сочетании с малой степенью черноты селективного покрытия 4 делает его (зазор) барьером для прохождения теплового потока от экрана 3 с селективным покрытием к внешнему экрану 2 и корпусу 1 между экранами 2, 3 и далее в окружающую среду.
Таким образом, представленная солнечная панель эффективно функционирует, пропуская солнечный тепловой поток к обогреваемому объекту и запирая уходящий от объекта тепловой поток.
Положительный эффект предложенного устройства заключается в большей доле использования объектом обогрева солнечной энергии, сохраненной за счет сокращения тепловых потерь от объекта через солнечную панель в окружающую среду.
Дополнительное преимущество изобретения по сравнению с прототипом заключается в том, что в пасмурные и дождливые дни, когда солнечный тепловой поток мал, предложенное устройство, обладая лучшими теплоизоляционными свойствами, сокращает потери теплового потока от обогреваемого объекта.
Результаты проведенного оценочного расчета для прототипа и предложенной СП с селективным покрытием, имеющим коэффициент светопропускания 0,6 и степень черноты 0,2 (достаточно посредственное покрытие), установленных на расположенной на широте 45o теплице для холодных зимних месяцев, показывают, что изобретение по сравнению с прототипом экономит в среднем тепловой поток плотностью 33 Вт/м2. Следует отметить, что при использовании селективного покрытия со значением коэффициента светопропускания, большим 0,6 и степенью черноты меньшей 0,2, положительный эффект будет еще выше.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
СОЛНЕЧНАЯ СУШИЛЬНАЯ УСТАНОВКА | 1996 |
|
RU2118770C1 |
СОЛНЕЧНЫЙ ОПРЕСНИТЕЛЬ | 1998 |
|
RU2142913C1 |
СОЛНЕЧНЫЙ ОПРЕСНИТЕЛЬ | 1997 |
|
RU2126770C1 |
УСТРОЙСТВО ДЛЯ СУШКИ | 1995 |
|
RU2100943C1 |
СПОСОБ, УСТРОЙСТВО И МАГНИТНАЯ ЛОВУШКА ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ И СВЕТОПРОПУСКАНИЯ СОЛНЕЧНОГО КОЛЛЕКТОРА С ЖИДКИМ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕМ | 2009 |
|
RU2395043C1 |
Устройство для выращивания микроводорослей | 1981 |
|
SU1042690A1 |
ОХЛАЖДАЕМЫЙ МОДУЛЬ СОЛНЕЧНОЙ БАТАРЕИ | 1999 |
|
RU2164721C2 |
МНОГОЦЕЛЕВАЯ СОЛНЕЧНАЯ БАТАРЕЯ | 1999 |
|
RU2164722C2 |
ЭКРАННО-ВАКУУМНАЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИЯ СИСТЕМЫ ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЯ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ | 1977 |
|
SU1840181A1 |
СПОСОБ АДАПТАЦИИ ПОКРЫТИЯ ТЕПЛИЦЫ, УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА | 2015 |
|
RU2611785C1 |
Изобретение относится к области гелиотехники и может быть использовано для обогрева теплиц, зданий и сооружений, например, сушилок сельскохозяйственной продукции. Солнечная панель содержит два прозрачных экрана и корпус. Внутренний, обращенный к объекту обогрева экран имеет селективное светопрозрачное покрытие с малой степенью черноты, причем для улучшения тепловой защиты объекта экраны солнечной панели расположены друг относительно друга на оптимальном расстоянии, а селективное светопрозрачное покрытие нанесено на внутренний экран со стороны, обращенной к внешнему экрану. 1 ил.
Солнечная панель, содержащая размещенные в корпусе с зазором между ними два прозрачных экрана, первый из которых сориентирован к Солнцу, а на поверхности второго нанесено селективное светопрозрачное покрытие с малой степенью черноты, отличающаяся тем, что селективное покрытие расположено на поверхности второго экрана, обращенной к первому экрану, а зазор между экранами определен из соотношения
δ = 0,10 - 0,11 F/П,
где F - площадь светоприемной поверхности панели, м2;
П - периметр светоприемной поверхности панели, м.
SU, авторское свидетельство, 918708, F 24 J 2/50, 1982. |
Авторы
Даты
1998-06-20—Публикация
1996-05-15—Подача