ГК-3 - анализ зависимостей характеристик от конструктивного исполнения

Для расчета характеристик ГК исп. 3 приняты те же исходные условия. В таблице и на рисунке приведены результаты расчетов таких ГК. Рассматриваются, главным образом, варианты компоновок, составленные из панелей с типичными на рынке толщинами оболочек. Причем абсорбер может состоять как из одной многокамерной панели, так и из пакета панелей.

Примеры теплотехнических характеристик ГК исп. 3.

Т_абс, °С	Т₁, °К	Т₂, °К	Т₃, °К	Т₄, °К	Т₅, °К	Т₆, °К	Потери, Вт/м²		W_пол, Вт/м²
Т_абс, °С	Т₁, °К	Т₂, °К	Т₃, °К	Т₄, °К	Т₅, °К	Т₆, °К	Излуч.	Т/пров.	W_пол, Вт/м²

[0.5+0.5]+[0.5х3] мм
40	292.9	301.9	313.7	313.1	313.7		485.2	274.2	555.3
100	305.9	325.9	358.5	372.8	373.5		648.9	440.4	212.6
[0.5+0.5]+[0.5+0.5][0.5+0.5], воздух - +20°С
40	308.9	314.4	318.0	313.2	313.6		561.9	213.3	636.5
100	321.1	336.9	361.9	372.8	373.5		732.7	377.1	296.8
[0.5+0.5]+[0.5+0.5][0.5+0.5]
40	292.8	301.8	313.6	313.1	313.5		479.8	265.4	561.8
100	305.8	329.7	358.4	372.8	373.5		643.2	439.3	219.3
[0.5+0.5]+[0.5x4]
40	293.2	302.6	315.6	316.5	313.1	313.1	484.8	279.2	550.9
100	304.0	322.5	352.4	362.2	372.8	373.5	619.6	427	267.3
[0.5+0.5]+[0.5+0.2+0.5x2]
40	291.9	300.0	312.8	321.2	313.4	314.8	471.2	260.4	583.3
100	302.5	319.9	350.8	373.0	372.7	374.2	602.6	407.3	305.0
[0.5+0.5]+[0.5+0.2+0.5][0.5+0.5]
40	289.9	296.7	309.3	330.5	313.8	314.7	443.4	232.7	638.9
100	298.8	313.2	345.0	388.5	373.0	374.3	551.0	356.3	407.7
[0.5+0.5]+[0.6+0.2+0.6][0.5+0.5]
40	289.9	296.3	308.5	331.8	313.8	314.6	442.4	233.2	639.3
100	298.4	312.4	343.1	390.6	373.1	374.3	544.3	350.2	420.2
[0.5+0.5]+[0.7+0.2+0.7][0.5+0.5]
40	290.0	296.4	307.9	332.9	313.7	314.7	441.8	234.1	639.1
100	298.1	311.8	341.7	392.4	373.2	374.2	539.3	346.5	429.2
[0.5+0.5]+[0.5+0.5][0.5+0.5][0.5+0.5]
40	293.7	303.6	317.7	359.4	313.6	314.5	483.9	286.1	545.0
100	303.5	321.7	351.4	362.8	372.8	374.1	606.6	421.4	287.0
[0.5+0.5]+[0.5+0.2+0.5][0.5+0.5], окрашенная панель
40	289.7	296.0	309.2	330.6	314.2	314.0	419.5	230.4	665.1
100	298.7	313.0	345.0	388.8	373.6	373.9	527.5	354.7	432.7
[0.5+0.5]+[0.7+0.2+0.7][0.5+0.5], окрашенная панель
40	289.8	296.2	307.8	333.1	314.2	314.0	420.8	232.2	662.1
100	298.0	311.7	341.6	392.7	373.7	373.9	518.4	344.9	451.6

Примечание: Температура воздуха - 0°С, кроме особо оговоренных случаев

Принято, что толщина каждой вакуумированной камеры составляет 5 мм..

Во всех вариантах компоновок толщины оболочек наружной панели приняты равными 0.5 мм. Как показано на рис. "а", повышение температуры воздуха от 0 до 20˚С может существенно повысить значение полезной мощности. Выполнение абсорбера из одной 2-камерной панели или из двух 1-камерных (все оболочки одинаковой толщины) практически не влияет на полезную мощность.

Два вакуумированных канала существенно повышают полезную мощность (рис. "b"). Уменьшение толщины перегородки между ними повышает ее еще больше. Повышение толщины наружных оболочек этой вакуумированной панели от 0.5 до 0.7 мм при низких температурах абсорбера практически не влияет на полезную мощность, при высоких температурах незначительно повышает ее.

Таким образом, как следует из приведенных данных, у лучших компоновок ГК исп. 3 полезная мощность при высоких температурах абсорбера может быть в 1.5-2 раза выше, чем у ГК исп. 1 с неселективным покрытием. Выполнение абсорбера из окрашенной панели, как показано на следующем рисунке, дополнительно повышает полезную мощность.

Необходимо отметить, что во всех компоновках приведенных в таблице отмечается перегрев некоторых промежуточных оболочек до температур на 15-20 градусов больше, чем температура абсорбера - значения их температур могут приближаются к предельно допустимым значениям для поликарбоната. Учитывая, что реальные режимы эксплуатации могут быть более жесткими, чем расчетные (повышенная температура воздуха, повышенная мощность солнечного излучения и т.п.), существует опасность оплавления таких конструктивов. Отмеченный перегрев оболочек (эффект избыточной изоляции) объясняется тем, что каждая перегородка поглощает часть энергии солнечного излучения. Если отвод этой энергии по механизму теплопроводности затруднен вакуумом, то, для достижения теплового баланса, температура перегородки должна повышаться для рассеяния излишка энергии за счет излучения. Возникновение подобного эффекта свидетельствует, что толщины оболочек имеют не оптимальные значения, обеспечивающие максимальную полезную мощность, рассматриваемые компоновки изоляции носят компромиссный характер с технологическими ограничениями при производстве панелей и опираются на номенклатуру имеющихся на рынке панелей.

При низких температурах абсорбера перегрев оболочек не представляет опасности, но свидетельствует о неэффективной работе изоляции. Если перегрев возникает при высоких температурах абсорбера, то такой конструктив не может быть рекомендован для использования.

Подводя итог анализу температурных режимов ГК-3 можно сказать, что наибольший интерес представляет сочетание оболочек [0.5+0.5]+[0.5х4] и [0.5+0.5]+[0.5+0.2+0.5х2]. Однако панели с таким сочетанием толщин оболочек в настоящее время не выпускаются.

Необходимо также отметить, что в рассматриваемых компоновках вакуумирование наружной панели было бы технически не обосновано. В этом случае температура нижележащих оболочек повышается, что приводит к увеличению тепловых потерь и снижению полезной мощности.

В расчетах предполагается вакуумирование панелей до давления 0.1 ата. Такое давление может обеспечить широкая номенклатура насосного оборудования при низких энергозатратах. Это также обеспечивает снижение примерно вдвое количества, передаваемого по механизму теплопроводности, тепловой энергии (с учетом тепловых мостиков - ребер жесткости). Дальнейшее снижение давления не может дать существенного увеличения полезной мощности ГК.

Вакуумирование каналов панелей выдвигает повышенные требование к их прочности. Существует опасность потери устойчивости ребер жесткости под действием атмосферного давления. Причем потеря устойчивости (заваливание) одного ребра жесткости из-за местного дефекта, деформации в процессе транспортировки и хранения может привести к возникновению сдвиговых усилий между оболочками и лавинообразному заваливанию всех ребер. Для предотвращения подобных явлений желательно применение панелей с диагональными (по сечению каналов) промежуточными оболочками. Такая структура панелей образует силовые элементы в виде треугольников, которые намного лучше противостоят сдвиговым усилиям.