ИНТЕГРАЦИЯ ПРОЦЕССА ТЕПЛООБМЕНА СОЛНЕЧНОЙ УСТАНОВКИ
Authors: Селихов Юрий Анатольевич , Коцаренко Виктор Алексеевич 
Published: August 2018

Европейские страны демонстрируют высокие возможности простого преоб­разования солнечной энергии в тепловую энергию, которая может успешно использо­ваться для обеспечения различного рода технологических, отопительных и бытовых потребностей. Кроме того, ввод в эксплуатацию сол­нечных установок улучшает экологическую ситуацию района потребления тепловой энер­гии за счет снижения объемов выбросов загряз­няющих веществ, к которым относятся продукты сгорания органического топлива, используемого для производства тепловой энергии. В настоящее время в южных районах Украины уже используются солнечные установки для горячего водоснабжения и отопления. Однако, внедрение новых энергетических и экономически выгодных установок идет медленными темпами, что объясняется довольно высокими стоимостными показате­лями, как отечественных, так и зарубежных установок. Таким образом, на наш взгляд, является актуальной концепция создания новых солнечных установок, наиболее привлекательных для потенциаль­ного потребителя. Реализация данной кон­цепции возможна при таком варианте исполнения солнечных установок, когда затраты на выработку тепловой энергии с помощью этих установок будут ниже уровня суммарных затрат на получение тепловой энергии традиционными способами (в частности, в котельных установках). Однов­ременно с этим, срок окупаемости солнечных установок должен быть соизмерим с гарантийным сроком их эксплуатации. Для выполнения поставленных условий представ­ляется целесообразным разработка таких конструкций солнечных коллекторов, которые позволяли бы минимизировать затраты на их изготовление, монтаж и обслуживание. Это может достигаться за счет использования дешёвых отечественных материалов, выпуск которых гарантирован в достаточных объемах на протяжении длительного срока. Разработка, изготовление и внедрение двухконтурных солнечных установок позволило круглогодично эксплуатировать солнечный коллектор, но капитальные и эксплуатационные затраты при этом были  на таком уровне, что для полной окупаемости солнечной установки могло понадобиться более пяти лет, так как солнечные коллектора изготавливались из металла.  В рамках сформулированной задачи нами был разработан и изготовлен солнечный коллектор из полиэтиленовой пленки. Предлагается двухконтурная солнечная установка для горячего водоснабжения и отопления, у которой солнечные коллектора изготовлены из полиэтиленовой пленки. Такая установка разработана, изготовлена и запущена в эксплуатацию в одном южном регионе Украины. На установке были получены экспериментальные результаты работы установки в разных режимах в течение года. После обработки этих данных были получены обобщающие зависимости: плотности теплового потока от температуры теплоносителя в коллекторе, времени работы установки в течение светового дня и расхода теплоносителя; коэффициента полезного действия от плотности теплового потока; максимального коэффициента полезного действия от максимальной плотности теплового потока; количества теплоты при конвекции от скорости натекания ветрового потока от 1 до 6 м/с на внешнюю поверхность солнечного коллектора. Зависимости получены при разных объемных расходах V от 0,5 до 3,0 м3/ч теплоносителя. Максимальная погрешность проведенных расчетов не превышает 5 %.  European countries demonstrate high opportunities for simple conversion of solar energy into thermal energy, which can be successfully used to provide various types of technological, heating and domestic needs. In addition, the commissioning of salt plants improves the ecological situation in the area of consumption of thermal energy by reducing emissions of polluting substances, which include combustion products of organic fuel used for the production of thermal energy.  At present, solar installations for hot water supply and heating are already used in the southern regions of Ukraine. However, the introduction of new energy and economically advantageous plants is proceeding slowly, which is explained by rather high cost indices, both domestic and foreign installations.Thus, in our opinion, the concept of creating new solar installations that are most attractive to a potential consumer is relevant. Implementation of this concept is possible with such an option of solar installations, when the cost of generating thermal energy using these facilities will be lower than the total cost of obtaining thermal energy by traditional methods (in particular, in boiler plants). However, with this, the payback period of solar installations should be commensurate with the warranty period of their operation. To fulfill the set conditions it is advisable to develop such designs of solar collectors that would allow to minimize the costs of their manufacture, installation and maintenance. This can be achieved through the use of cheap domestic materials, the release of which is guaranteed in sufficient quantities over a long period. The development, production and implementation of dual-circuit solar installations allowed the solar collector to be operated year-round, but the capital and operating costs were at such a level that it would take more than five years to fully pay for the solar installation, since the solar collectors were made of metal. Within the framework of the formulated task, we developed and manufactured a solar collector made of polyethylene film. A double-circuit solar installation is proposed for hot water supply and heating, in which the solar collectors are made of polyethylene film. Such an installation is designed, manufactured and commissioned in one southern region of Ukraine. Experimental results of the installation in different modes during the year were obtained at the plant. After processing of these data, generalizing dependencies were obtained: the heat flux density from the coolant temperature in the collector, the operating time of the installation during the daylight and the flow of the coolant; coefficient of efficiency from the density of heat flow; the maximum efficiency from the maximum heat flux density; the amount of heat in convection from the rate of leakage of the wind flow from 1 to 6 m / s on the outer surface of the solar collector. Dependencies were obtained at different volumetric flows V from 0.5 to 3.0 m3 / h of the heat carrier. The maximum error in the calculations does not exceed 5%.