Вакуумный коллектор на крутых поворотах

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

Коллеги @Vik58, @kivik71, @_AK_, @promavto, У вас тут очень интересно. Я вижу, у вас тут возник высоконаучный спор, аж со ссылками на Матвеева
Чего проще, давайте посчитаем и сравним подвижный по азимуту и неподвижный коллектор, для условий Подмосковья. Кто может сформулировать, что сравниваем:
- конкретные ориентации подвижного и неподвижного коллекторов (если да, то какие), или оптимальные ориентации для какого-то периода (какого);
- сравниваем в какую-то конкретную дату, или на каком-то периоде;
- сравниваем "при ясном небе", "при средних условиях облачности" или на исторических данных;
- учитываем ли рассеянную и отраженную радиацию
?
Кто может грамотно сформулировать задачу?

 

Скажем, ежедневную, за период с 1 мая по 30 сентября при средних условиях облачности. Сравниваем:
- неподвижный трубочный CK, ориентированный на юг, угол наклона к горизонту такой, чтобы быть перпендикулярным солнцу 1 мая за 2 часа до полудня
- подвижный CK с поворотом только по азимуту, угол наклона такой же
Рассеянную радиацию учитываем, отраженнyю нет.

 

Несколько замысловато сформулировано В 10 утра солнечного времени (за 2 часа до солнечного полдня), азимут солнца 138.4, высота над горизонтом 43.36 градуса. Перпендикулярно, не получится.
Найдете южную ориентацию, чтобы путь на сфере был кратчайший?

Или брать угол наклона к горизонтали (90-43.36)=46.6 (округленно)?
Сразу предупреждаю: для стационарного коллектора такой угол наклона далек от оптимального, для теплого времени года и южной ориентации, оптимальный угол будет в районе 25-30 градусов (вот тут есть картинки https://www.forumhouse.ru/posts/23987101/)

 

Сегодня утром в 6-00 уже видел утреннее Солнце, слабовато светило, тучки. В 7-30 Солнце уже относительно высоко поднялось и прилично грело. Но коллектор ориентирован на Юг, поэтому лучи освещали только крайнюю трубку и под неоптимальным углом. Температура коллектора (при касании рукой) примерно градусов тридцать. Но если при таком расположении Солнца, развернуть установку, уверен заработала бы на процентов 70-90. Горячую воду получили бы уже в восемь утра. Вот и весь сказ теории. Более точные данные получу после установки контроллера (платы уже идут с Китая). Не хочется лепить что то временное.

 

Поскольку коллектор трубчатый, то трубки большую часть дня освещаются одинаковo независимо от азимута солнца. Если солнце за 2 часа до полудня находится перпендикулярно трубкам, то оно и через 2 часа после полудня тоже будет находиться перпендикулярно.

Ориентация на юг нужна для того, чтобы утром и вечером трубки затеняли друг друга на одинаковом "расстоянии" (по времени) относительно полудня.

45 градусов отлично подходит.

У меня критерий оптимальности - более-менее равномерная выработка тепла за один день весь сезон.

 

Если коротко - на 1 м2 поверхности, наклоненной под углом 45 к горизонтали, и с азимутом, совпадающим с азимутом солнца, при средних условиях облачности, по сравнению с поверхностью Юг-45:
1 мая поступит на 30.9% больше прямой радиации и на 16.8% больше суммарной (с учетом того, что сумма рассеянной для обоих случаев совпадает).
21 июня прямой радиации будет на 45% больше, а суммарной на 26.6%.

Если взять ясный день, то 1 мая прирост будет 38.5% - 31.2%, а 21 июня 47.6% - 38.0%

Как это пересчитывать на систему из трубок, которые могут затенять друг друга - Вам виднее.

 

Однако есть смысл сравнивать конструкцию, которая изначально была создана для неподвижных СК, с ее самопальными улучшениями. Чтобы понять, много ли реально прока от улучшений. Какие бы цели улучшатели перед собой ни ставили, желательно сравнить максимально объективно, с цифрами, а не одними только эмоциями.

Неподвижный трубчатый коллектор самой своей конструкцией соответствует по производительности поворотному коллектору с ограниченным примерно на 100 градусов поворотом. Если быть более точным, то неподвижный трубчатый коллектор с 24 трубками эквивалентен по производительности сумме двух коллекторов:
- поворотного плоского коллектора в 95.8% от общей площади СК с ограничением угла поворота в пределах порядка 100 градусов
- поворотного плоского коллектора в оставшиеся 4.2% от площади с неограниченным углом поворота

 

Это не совсем правильный результат для неподвижного трубчатого коллектора, поскольку в пределах +-50 градусов от полудня он как бы "следит за солнцем", в отличие от фиксированного плоского коллектора. То есть, на неподвижный трубчатый поступит больше энергии чем на плоский.

Однако даже такой сильно заниженный результат весьма показателен.

Берем подвижный коллектор на 24 трубки, делаем его неподвижным и увеличиваем число трубок до 30 (т.е увеличиваем площадь на 25%). Теперь преобразуем его в плоский коллектор той же площади. Неподвижный плоский заведомо будет получать меньше лучистой энергии чем трубчатый той же площади. И тем не менее, в мае такой плоский СК получит на 8.2% больше энергии чем поворотный, а 21 июня всего на 1.6% меньше.

Ну а реальный неподвижный на 30 трубок по производительности бьет поворотный на 24 трубки весь сезон, с мая по сентябрь. Стоит он дешевле, служит дольше, в изготовлении проще, обслуживания не требует.

Что и требовалось доказать.



С учетом рассеянного излучения:

• синим показан подвижный коллектор
• красным показан неподвижный с тем же числом трубок
• желтым - неподвижный, у которого на 25% трубок больше

 

Опишите кто-нибудь геометрию коллектора: диаметр трубок, шаг между ними, количество. Будет время - попробуем сделать корректную модель, с учетом взаимного затенения.
@_AK_, Тогда, давайте посмотрим на коллектор из горизонтальных трубок, вращающийся вслед за солнцем. В любой момент светового дня, лучи будут падать на трубки под прямым углом. Можно сделать его вертикальным или наклонным, только взять такой угол наклона, чтобы затенения никогда не было.

 

Ув. kivik71 уже все сделал.

Количество трубок варируется в зависимости от производителя и от модели. Например, мой поставщик предлагает СК на 24 и на 30 трубок при разнице в цене примерно в 10%.

 

Возможно будет проблема с теплоотдачей внутренних стержней. Внутри (согласно описанию) находится легкокипящая жидкость. Поэтому их размещают вертикально. К тому же отклонять установку по вертикали намного проще чем по горизонтали. В Китае DC 12 В электрический линейный привод стоит 2000-2600 руб.
Да и вообще не вижу проблемы с устройством механизма вращения. Почти все комплектующие были приобретены в автомагазине. Три ступицы заднего колеса от "Жигулей" несколько метров узкого швеллера и сварочник. Да, еще забыл - правильные руки в дружбе с головой.

 

Тут еще такой момент: прямую солнечную радиацию улавливает только проекция трубок, а рассеянную - в 1.5-2-3 раза большая площадь. Поэтому трубчатые СК более эффективны к рассеянным лучам и намного лучше, чем плоские, собирают тепло при облачности. То есть, в тех условиях, когда крути / не крути - все едино.

Выходит, что в европейской части РФ неподвижный трубчатый СК будет работать заметно эффективнее плоского. А подвижный СК очевидно будет востребован где-то в горах за полярным кругом. Причем для подвижного СК вообще нет разницы, трубчатый он или плоский.

Делать подвижный трубчатый СК в подмосковье - это выбрасывать деньги на ветер.

 

Во-первых, хочу принести извинения. Заигрался с углами наклона, и случайно опубликовал данные для угла 30, а не 45. Правильные цифры 1 мая 44.1% (24.7%), 21 июня 67.3% (40.0%).

Дальше. Я прикинул систему из 30 трубок диаметром 58 мм, с шагом 80 мм и углом наклона 45 градусов к горизонту. Трубки бесконечно длинные (чтобы не рассматривать концевые эффекты), полупрозрачностью по краям тени я пренебрегаю. Радиация - только прямая.
На поступление радиации влияет два фактора: косунус угла падения лучей на трубку и взаимное затенение. Среднее значение косинуса 1 мая 0.98, среднее значение к-та незатенения 67.26%. Всего, за первое мая поступление радиации составляет 79.8% от максимально возможного (за счет того, что интенсивность излучения к полудню нарастает, а затенения в это время нет).
21 июня соответствующие цифры 0.9365, 67.89% и 71.7%.
В среднем, за теплый период будет получаться где-то 3/4 от максимально возможного.
Максимально возможное - это, например, коллектор, плоскость которого всегда перпендикулярна лучам солнца. Или упомянутый коллектор из горизонтальных трубок, поворачивающийся по азимуту, если его технически можно реализовать.

P. S. Чтобы было понимание. Я считаю по данным климатических справочников, все, что требуется (положение солнца, интенсивность прямой радиации на нормали и рассеянной на горизонтали, при ясном небе и средних условиях) - у меня есть на каждый день года, с интервалом 6 минут. Сравнивать с прикидками по книге, "примерно три пальца влево от полудня" и "заменим-ка мы эту кривую синусоидой" - будет сложно. Впрочем, я где-то вечером, здесь или у себя в теме выложу графики - будет нагляднее, что и как.

 

Последние цифры выглядят менее правдоподобными и нуждаются в пошаговой проверке. Моим графикам, построенным на основе данных из книги Матвеева, ваши первые результаты соответствуют, последние - нет.