Разработка методики расчета тепловых потерь в элементах двухконтурных солнечных водонагревательных коллекторов

Аннотация

В условиях увеличения интереса к использованию возобновляемых источников энергии, в частности солнечных коллекторов, особенно важной становится задача повышения их энергетической эффективности. Одним из ключевых факторов, влияющих на общую производительность таких установок, являются тепловые потери через конструктивные элементы. Однако на практике существует недостаток универсальных методик, позволяющих точно оценивать эти потери для коллекторов различных типов. Это обуславливает необходимость разработки гибкого подхода, применимого к установкам разной конструкции, что и определяет актуальность настоящего исследования. Целью проведенного исследования являлась разработка методики расчета тепловых потерь в элементах солнечных водонагревательных коллекторов и установление факторов, непосредственно влияющих на его эффективность и производительность работы. В исследованиях использовались расчетно-аналитические методы исследования и методы термодинамического анализа на их основе получена подробная информация о тепловых потерях в элементах коллектора. В результате проведённых исследований установлено, что основными факторами, влияющими на значения тепловых потерь и на коэффициент полезного действия двухконтурных водонагревательных коллекторов являются плотность солнечного излучения, температуры окружающей среды и рабочей воды. Получены результаты, позволяющие определять значения тепловых потерь через конструктивные элементы коллектора. При этом установлено, что наибольшие тепловые потери наблюдались со стороны лицевого покрытия коллектора. Составлено уравнение теплового баланса и приведена тепловая схема солнечных коллекторов для нагрева воды. Теоретически исследованы изменения коэффициента теплопередачи в зависимости от температуры окружающей среды и скорости ветра. Полученные в ходе исследования результаты представляют научную значимость для дальнейших разработок и совершенствования конструкций солнечных водонагревательных коллекторов. В частности, выявленная зависимость тепловых потерь от конструктивных особенностей лицевой стороны коллектора позволяет сосредоточить внимание на её оптимизации с целью снижения конвективных потерь. Это создаёт основу для разработки более эффективных инженерных решений при проектировании подобных установок и может быть использовано при моделировании, расчётах и испытаниях новых конструкций солнечных коллекторов.