Деревянные дома, бани, печи и камины, гараж, теплица, изгороди, дачная мебель - ухман Юрий

Возможных конкретных воплощений гелиоустановок много: есть автономные мини-установки (рис. 7.19), есть даже компактные отопительные системы (рис. 7.20), кто-то предлагает контур на водопроводных трубах, кто-то рекомендует использовать (для коллекторов в частности) тонкостенные стальные или медные трубы (и в этом есть резон). Одних только коллекторов существует великое множество – от простейших – с применением шланга (поз. 1, 2, 3 на рис. 7.21) до изготовленных с использованием сложнейших технологий (поз. 7, 8). Но сложились и решения, буквально кочующие из описания в описание. Больше всего это относится к самым сложным узлам – коллекторам. Традиционно это плоский ящик с остекленной верхней гранью. В нем находится нагреватель теплоносителя: чаще всего трубчатый – либо змеевик, либо подводящий и отводящий патрубки, соединенные системой параллельных трубок. Внутренняя поверхность ящика, как правило, зачернена, а боковые стенки и днище – теплоизолированы.

Рис. 7.18. Типичная схема гелиоустановки: 1 – днище корпуса коллектора; 2 – рама корпуса коллектора; 3 – теплоизоляция; 4 – трубчатый коллектор; 5 – зачерненная поверхность; 6 – стекло; 7 – штапики

Рис. 7.19. Автономная мини-водогрейка: 1 – бак; 2 – рама корпуса коллектора; 3 – теплоизоляция; 4 – трубчатый змеевик; 5 – крепежный лист; 6 – стекло

Рис. 7.20. Компактная отопительная установка

Рассмотрим назначение всех элементов конструкции. Ящик – это корпус узла, которого без корпуса вроде бы и нет. Стекло закрывает внутреннюю полость корпуса от атмосферных влияний и пропускает в коллектор лучистую энергию, ради поглощения которой все и делается. А можно ли без стекла? В принципе можно, но что станет с конструкцией, если ее будет заливать дождевая вода? Кроме того, стекло выполняет еще одну роль: оно снижает потери тепла коллектором за счет охлаждения его наружным воздухом (вспомним парник). Черное покрытие внутри ящика служит для повышения поглощательной способности коллектора – увеличения «усвоения» пришедшей на данную площадь лучистой энергии. Теплоизоляция снижает теплопотери с незастекленной части корпуса коллектора.

Рис. 7.21. Различные солнечные коллекторы: 1-е использованием резинового шланга; 2-е использованием шланга на гофрированной кровле; 3-е использованием шланга на металлической кровле; 4 – трубчатый коллектор; 5 – панельный коллектор; 6 – плоский коллектор; 7 – коллектор на тепловых трубах; 8 – высокоэффективный трубчатый коллектор

И повышение поглощательной способности, и снижение теплопотерь коллектора повышают его «равновесную» температуру. Что это такое? Поскольку на освещенную солнцем поверхность падает поток лучистой энергии[1] , часть которой этой поверхностью поглощается, температура ее должна расти. Вопрос: до какого значения? Если бы энергия только поглощалась, то до бесконечности. Однако этого не происходит потому, что идет не только поглощение энергии, но и ее сброс. В нашем случае энергия тратится частично с пользой – греется вода, а частично бесполезно рассеивается в окружающую среду (теплопотери). Сброс тепла с поверхности тем больше, чем выше ее температура. Если поглощение энергии больше, чем ее сброс, температура поверхности растет. Но тогда растет и сброс – до тех пор, пока не сравняется с поглощением при температуре, которая и называется «равновесной». Попросту говоря, это та температура любой реальной поверхности, до которой она нагреется на солнце.

Теплоноситель (воду) в контуре в принципе можно нагреть до равновесной температуры коллектора за вычетом некоторого температурного перепада, величина которого определяется совершенством конструкции гелиоустановки в целом. Чем выше качество коллектора, тем выше его равновесная температура, меньше достижимый температурный перепад и выше КПД – доля полезного тепла. Но именно достижение наилучших значений этих показателей и сопряжено с наибольшими затратами – хорошие коллекторы очень дороги, что и сдерживает их широкое распространение.