Солнечная котельная

Среди откликов, поступающих на проводимый редакцией совместно с ЦС ВОИР Всесоюзный конкурс «Малая механизация», встречается немало писем с просьбой, опубликовать конструкции бытовых установок, использующих энергию ветра и солнца.

Интерес к этим устройствам понятен. Он вызван жизненной необходимостью в такого рода вспомогательных механизмах для индивидуальных хозяйств сельских жителей, в огородных и садовых товариществах, летних загородных домиках. Мы уже знакомили читателей с некоторыми самоделками: вспомним статьи о солнечном автомате-водокачке «Насос подключенный к солнцу» («М-К» № 3 за 1976 год), об оригинальном водоподъемнике с ветросиловой установкой «Бесконечный водоподъемник» («М-К» № 2 за 1985 год), о солнечном обогревателе на крыше «Гелиодомик» («М-К» № 9 за 1986 год). Надеемся, приток таких материалов будет расти в ответ на приглашение редакции самодеятельным конструкторам — участникам конкурса «Малая механизация» включиться в разработку подобных установок или рассказать об уже созданных и используемых нашими читателями различных, сделанных своими руками устройствах на базе энергии ветра и солнца.

О нарастающем внимании к этой проблеме не только со стороны отдельных энтузиастов технического творчества говорят и строки директивных документов последних лет, и факт проведения в нашей стране первой международной выставки «Энергоресурсы-87», которая состоялась в поселке Прошян Армянской ССР. В ней участвовали предприятия и организации Болгарии, Венгрии, Финляндии, Греции, Японии. Показательно, что фирмы — участницы выставки представили в основном установки для более экономного использования или утилизации традиционных видов энергии (электричество, газ, твердое топлива). Только греческая компания «Фирогенис» показала свой гелиоколлектор для подогрева воды.

Заметим, кстати, что и на Центральной выставке-ярмарке НТТМ-87, состоявшейся в Москве, к сожалению, не было показано ни одной ветроустановки или гелиообогревателя. Налицо еще одно доказательство того, что перед самодеятельными конструкторами открыто необъятное поле для творчества в области создания устройств с использованием нетрадиционных источников энергии.

Предлагаем вниманию читателей описания двух конструкций, схемы которых могут быть взяты за основу собственных проектов солнечных обогревателей. Первая разработана в научно-производственном объединении Армсельхозмеханизация, вторая, как мы уже упоминали, — установка греческой компании «Фирогенис».

Основой гелиовоздухонагревателя служит коллектор солнечной энергии — трубчатая конструкция, в которой энергия солнечной радиации преобразуется в тепловую энергию циркулирующего внутри труб воздушного потока.

В уже существующих используемых отечественных и зарубежных гелиоустановках действуют солнечны коллекторы в различных конструктивных ислолнениях. Они отличаются между собой типом обогревателей, их количеством в установке и материалом покрытий. Обогреватели, то есть носители тепла, могут быть твердыми, жидкими и комбинированными. Из первых наиболее известны конструкции, состоящие из пластинчатых, трубчатых, змеевиковых, цилиндрических или ячеистых элементов.

В качестве жидкого обогревателя в промышленных установках используют разбавленный раствор соли, отработанное масло, имеющее черный цвет, или другую черную жидкость.

Кроме того, есть обогреватели из ртути, абсорбирующего материала, волокнистого материала и газообразного потока, в котором взвешены твердые черные частицы.

К особому классу относятся солнечные коллекторы, в которых обогревателями являются тепловые трубы. Последние представляют собой замкнутое испарительно-конденсационное устройство, где перемещение жидкости или пара происходит без участия специальных устройств. Для изоляции от воздействия атмосферных осадков или холодного воздуха такие установки имеют прозрачные покрытия — одинарные, двойные или тройные.

В качестве защитного покрытия применяются различные прозрачные пленки, термические и обычкновенные стекла, параллельно приплавленные вакуумированные стеклянные трубки, увеличительные стекла, призмы — любые прозрачные материалы любых форм.

Существующие воздухоподогреватели, использующие солнечную энергию, эксплуатируются, как правило, для обогрева помещений, подогрева воздуха в теплицах, получения горячего воздуха в сушильных аппаратах.

Основой гелиовоздухонагревателя служит коллектор солнечной энергии, который может иметь самое различное конструктивное исполнение. Главной характеристикой при сопоставлении различных коллекторов является их тепловая эффективность. А она изменяется в зависимости от многих факторов: рабочей температуры, скорости протекания теплоносителя, интенсивности солнечной радиации, скорости ветра, наклона коллектора, наконец, температуры окружающего воздуха.

Сравнительный анализ используемых в СССР и за рубежом коллекторов показал, что они имеют ряд недостатков конструктивного характера: металлоемки, занимают большие площади и, что самое главное, имеют низкий коэффициент полезного действия.

Идеальный коллектор должен преобразовывать все падающее на него солнечное излучение. Это может быть достигнуто, например, за счет уменьшения конвективных потерь и потерь за счет теплопроводности. Важнейшую роль играют и свойства поглощающей поверхности: у нее коэффициент поглощение в солнечном спектре должен приближаться к единице. Немалое значение имеет и прозрачность защитного покрытия, так как лучи должны достигать поглощающей поверхности с минимальными потерями.

Эти требования необходимо учитывать и при самодеятельном конструировании солнечных коллекторов на базе тепловых труб. Примером такого доступного решения установки может послужить гелионагреватель (рис. 1), разработанный в НПО Армсельхозмеханизация совместно с Армянским отделением ВНИИТ. Одно из его достоинств в том, что он состоит из блоков-модулей, позволяющих получать установки как небольшого размера, так и повышенной производительности за счет параллельного соединения нескольких таких блоков в многозвенный гелиовоздухонагреватель.

В модуль коллектора (рис. 2) входят следующие основные части и узлы: алюминиевый прямоугольный корпус площадью 2 м² (в нем размещены восемь тепловых труб), светопрозрачное защитное ограждение из стекла, теплообменник и теплоизоляция.

Тепловые трубы в зоне нагревания солнечными лучами снабжены плоскими ребрами, а в зоне конденсации или теплоотдачи — кольцевыми. В качестве теплоносителя используется фреон, однако схема пригодна и для варианта с заполнением водой. Теплопоглотительная поверхность коллектора (зона нагревания) покрыта черной матовой краской. Принцип работы гелиовоздухонагревательного коллектора следующий: солнечная радиация, проходя через светопрозрачное ограждение, воспринимается теплопоглотительной поверхностью черных труб с ребрами и вызывает внутри их нагрев и испарение теплоносителя (фреона), который, поднимаясь наверх, в зону теплоотдачи, охлаждается внутри теплообменника, одновременно отдавая тепло продуваемому здесь потоку воздуха. Образующаяся при конденсации (или охладившаяся) жидкость под действием гравитации возвращается в зону нагревания, и процесс теплопередачи повторяется.

Температуру выходящего потока нагретого воздуха можно изменять регулируя расход его через теплообменник: медленное продувание дает более теплый поток, быстрое — меньше нагретый.

В состав многозвенной гелиовоздухонагревательной установки входят коллекторные преобразователи, соединительные воздуховоды, электровентилятор, пульт управления с датчиками температуры и расхода воздуха, а также подставки, обеспечивающие их установку под оптимальным углом для условий данной местности.

С. ОВСЕПЯН, старший научный сотрудник лаборатории механизации НПО Армсельхозмеханизация