Характеристика теплоносителей в плоских солнечных коллекторах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Характеристика теплоносителей в плоских солнечных коллекторах

Антропов А.С., студент магистратуры

2 курс,

факультет «Электроэнергетики и электротехники»

ФГБОУ ВО Дальневосточный ГАУ Россия, г. Благовещенск

Аннотация

В статье описываются возможные теплоносители для их применения в плоских солнечных коллекторах. От определенного типа теплоносителя зависит и величина получаемой тепловой энергии. С помощью таблицы приведена сравнительная характеристика теплоносителей.

Ключевые слова: плоский солнечный коллектор, теплоноситель, вода, антифриз, этиленгликоль, удельная теплоёмкость.

Annotation

The article describes possible heat carriers for their use in flat solar collectors. The amount of heat energy received also depends on a certain type of coolant. With the help of graphs, differences in parameters and the dependence of heat carriers on their temperatures are demonstrated.

Key words: flat solar collector, coolant, water, antifreeze, ethylene glycol, specific heat.

В настоящее время в различных отраслях мира, связанных с энергетикой, осуществлением коммунальных услуг, сельском хозяйстве, пищевой промышленности, строительстве, происходят существенные изменения. Главные тенденции сосредоточены вокруг целенаправленного уменьшения потребления традиционных источников энергии[2]. Происходят данные мероприятия по причине ускоренного уменьшения ресурсов и ухудшения экологической обстановки из года в год.

Государство как можно активнее рассматривают программы по энергетике, направленные на объекты внутри страны для повышения их энергетической эффективности и энергосбережения в целом. В связи с этим происходит рост интереса к использованию нетрадиционных и возобновляемых источников энергии и установкам, использующим их. Для теплоснабжения объектов при помощи традиционных источников энергии (природный газ, мазут, уголь, древесина) необходимы большие затраты. По этой причине осуществляются направления по преобразованию теплогенерирующих установок и дальнейшей экономии ископаемых ресурсов, но не полного отказа от них даже при работе над проблемой использования нетрадиционных источников энергии[6].

Возобновляемые источники энергии неисчерпаемы, экологически чисты, не имеют отходов и дешевы. Однако их применение связано с высокой стоимостью основного и вспомогательного оборудования, сроками эксплуатации, месторасположением. Несмотря на все это их использование ежегодно растёт. Инженерам и учёным в области теплоснабжения приходится всё чаще сталкиваться с различными системами, создаваемыми на основе нетрадиционных источников энергии, одним из которых является солнечное излучение. Солнечная радиация - практически неисчерпаемый и экологически чистый источник энергии[6].

Одними из таких систем являются гелиосистемы. Гелиосистемы - устройство, преобразующее энергию Солнца в другие виды энергии, электрическую и тепловую и предназначенное для отопления дома и горячего водоснабжения[3].

Если рассматривать эффективность гелиосистемы для отопления помещений и нужд горячего водоснабжения, то она в значительной степени определяется техническими возможностями солнечного коллектора и контура циркуляции теплоносителя. Высокие характеристики оборудования могут быть обеспечены применением естественно-циркуляционных систем с двухфазной многокомпонентной жидкостью, работающих по принципу теплового насоса и сорбирующих тепло солнечного излучения коллекторами на базе тепловых труб либо термосифонов. В первом случае затраты на применение данной схемы значительно увеличиваются, нежели при использовании второго типа циркуляции[2].

Плоский солнечный коллектор - сложный абсорбер солнечной энергии со встроенными трубопроводами для теплоносителя. Это устройство представляет собой теплоизолированную остекленную панель, в которой помещен металлический абсорбер (чаще всего выполнен из меди)[5].

Принцип действия коллектора основана на передаче остекленной поглощающей пластины солнечной энергии. В результате чего пластина нагревается и приобретает тем самым тепловую энергию. Данное тепло передается теплоносителю, циркулирующему по контуру солнечного коллектора. Теплоноситель нагревается и отдает затем тепловую энергию через теплообменник воде в баке-аккумуляторе горячей воды[5].

В плоском солнечном коллекторе теплоноситель может быть использован в виде воды, так и при помощи раствора воды и незамерзающих жидкостей - антифризов. Теплоноситель в гелиоустановках выполняет очень важную роль. От выбора качественного теплоносителя зависит эффективность эксплуатации устройства и срок её службы в дальнейшем.

Рабочая жидкость должна соответствовать следующим требованиям:

- эффективно удерживать тепло;

- иметь невысокую вязкость, для лучшего перемещения по трубопроводам и правильной работы вспомогательного оборудования;

- быть экологически безопасной;

- доступной в количественном плане и ценовом;

- иметь длительной срок службы[1].

Вода (H2O) является самым распространённым теплоносителем как в гелиоустановках, так и в плоских солнечных коллекторах в целом. При стандартных условиях вода имеет удельную теплоёмкость

Данный показатель является самым большим среди всех возможных теплоносителей и тем характеризуют воду, как энергетически эффективной средой. Она позволяет минимизировать температурные колебания. При всём этом использовать воду могут не во всех климатических зонах. При отрицательных температурах, как известно, вода кристаллизируется и тем самым циркуляция теплоносителя будет нарушена, тем самым вызовет повреждение как гелиоконтура, так и всей установки, включая плоский солнечный коллектор.

Для предотвращения замерзания теплоносителя в виде воды используют антифризы. В качестве таких незамерзающих жидкостей принято применять этиленгликоль, пропиленгликоль, тосол.

Этиленгликоль (C2H6O2) представляет собой прозрачную бесцветную жидкость с элементами маслянистой консистенции. Поскольку этиленгликоль токсичен, попадание этиленгликоля или его растворов в организм человека может привести к неблагоприятным изменениям в организме. Этиленгликоль имеет относительно низкую летучесть при нормальной температуре, его пары обладают не столь высокой токсичностью и представляют опасность лишь при хроническом вдыхании. Он является одним из самых популярных компонентов при производстве семейства незамерзающих жидкостей (антифризов и теплоносителей), но из-за его токсичности применение в жилых помещениях крайне нежелательно, поэтому чаще всего его можно встретить в промышленных системах отопления[8].

52% водный раствор этиленгликоля при стандартных условиях имеет удельную теплоёмкость