Самодельные солнечные коллекторы

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

Попробую сравнить потери излучением.
Сначала, кратенько, о законе Стефана-Больцмана и о передаче энергии излучением.
Мощность излучения абсолютно чёрного тела прямо пропорциональна площади поверхности и четвёртой степени температуры тела.
P=S*C*T^4 (закон Стефана-Больцмана)
тут ^4 - обозначение степени (в четвёртой степени)
P - мощность излучения,
C - постоянная лучеиспускания (5,6704*10^(-8) Дж/(сек*м2*К^4),
Т - абсолютная температура (градусы Кельвина)
Чтобы не возиться в расчётах с "минус восьмой степенью" (5,6704*10^(-8), можно записать этот закон немного в другом виде:
P=S*C*(T/100)^4
тогда постоянная лучеиспускания C = 5,6704 Вт/(м2*К^4)
Для серого тела постоянная С1=е1*С
где е1 - чернота тела (железо, матовое, окисленное е=0,96, поликарбонат сотовый е=0,95-0,97 и т. д.)

В природе тела постоянно обмениваются лучевой энергией.

Если способность к излучению данной поверхности обозначить Е, то способность к излучению перпендикулярно к этой поверхности будет
Еn=E/Pi
Pi - имеется в виду Пи = 3,1415..., а углы измеряются в радианах
а в направлении под углом k, образованным с нормалью к этой поверхности
Ek=En*cos (k)=(E/Pi)*cos (k)
Вследствие этого из общего количества тепла, излучаемого элементом поверхности df1, на поверхность df2 попадает
dQ12=(1/Pi)*E1*(cos (k1)*cos (k2)/r*2)*df1*df2 (закон Ламберта или закон косинусов)
где E1 (Вт/м2) - полная излучательная способность элемента поверхности df1
k1 и k2 - углы, которые образует соединяющая оба элемента df1 и df2 прямая r с нормалями к этим элементам.

По закону косинусов (Ламберта) удобно считать передачу тепла излучением при помощи вычислительной техники. Написал функцию с этой формулой и вызываешь её в цикле по всей поверхности (с каким-нибудь шагом). В начале прошлого века выч. техника была только механическая - считать было долго и неточно.
Поэтому была выведена формула для расчёта ряда случаев передачи тепла излучением.
Вот она.
Количество тепла, которое путём излучения переходит от поверхности А площадью S1, с температурой Т1 и постоянной лучеиспускания С1 к поверхности B (S2,T2,C2) за время Z, определяется как:

Q12=S1*Z*C*(T1/100)^4 - (T2/100)^4)

C - "Кажущаяся" постоянная лучеиспускания определяется по Нуссельту
Нуссельт рассмотрел в своих работах несколько частных случаев передачи тепла излучением:
1. Одна поверхность окружает другую со всех сторон, например, коаксиальный трубопровод
С=1/(1/С1+S1/S2 (1/C2-1/Cs)
где Cs - постоянная лучеиспускания абсолютно чёрного тела (5,6704 Вт/(м2*К^4)
С1 и С2 - соответственно постоянные первой и второй поверхностей С1=е1*Cs и C2=е2*Cs
частный случай трубопровод в открытом месте (S2 - вся окружающая природа) тогда С=С1.

2. S1=S2 близко расположенные параллельные поверхности: (это наш случай. Передача тепла от абсорбера к переднему стеклу)
C=1/(1/C1+1/C2-1/Cs) (это наш случай. Передача тепла от абсорбера к переднему стеклу)

3. Во всех других случаях (см. Nusselt, Gesundheitsing. 1918, стр. 171) можно приблизительно принять:
С=С1*С2/Cs=e1*C2=e2*C1 (это наш случай. Передача тепла от переднего стекла на улицу)

Вот! "Кратенькое" изложение теории теплопередачи излучением закончено.

Кстати, все эти формулы я взял из справочника времён СССР, а не из википедии. Поэтому им можно верить.

Вернёмся к нашим баранам коллекторам.

Плоский жидкостный солнечный коллектор.

Предположим, что "чернота" абсорбера е1=0,96 (покрытие не селективное), "чернота" переднего стекла-поликарбоната е2=0,96 (в интернетах пишут 0,95-0,97 на 7мкм).
Абсорбер имеет температуру = +60С, на улице = -20С
Из условия термодинамического равновесия следует, что потери тепла с абсорбера на поликарбонат = потерям тепла с поликарбоната на улицу (вообще-то расчёт немного грубоватый, т. к. поликарбонат слегка нагревается за счёт конвекции внутри коллектора, но мы эти потери уже считали)
Считаем удельную мощность теплопотерь (на 1м2)
Итак:
P=Cv*(T1/100)^4 - (T2/100)^4)=Cn*(T2/100)^4 - (T3/100)^4)

Cv - "Кажущаяся" постоянная лучеиспускания внутри коллектора = 1/(1/C1+1/C2-1/Cs) = 5,2342154 Вт/(м2*К^4)
Т1 - температура абсорбера 60С = 333К
Т2 - температура поликарбоната
Т3 - температура улицы -20С = 253К
Безоблачное небо в горах, пишут, имеет оптическую температуру = -120С. И вообще его оптическая температура зависит от загрязнения атмосферы и облачности.
Cn - "Кажущаяся" постоянная лучеиспускания "на улице" = С1*С2/Cs=e1*C2=e2*C1=5,22584064 Вт/(м2*К^4)
"Черноту" улицы тоже хочется принять е3=0,96 (для простоты расчётов). Хотя, например, чернозём - 0,66, песок - 0,76, глина - 0,39, гравий -0,29 и т. д.
Получается, что если принять е3=0,96, а Т3=-20, то результат получится очень оптимистичным (т.е. потери заведомо будут больше, но будут одинаково больше как у жидкостного, так и у воздушного коллектора)

Преобразовал предыдущее уравнение:
(Т2/100)^4=(Cv*(T1/100)^4+Cn*(T3/100)^4)/(Cv+Cn)=81,9978223
Потери тепла излучением у жидкостного плоского коллектора
P=5,22584064 *(81,9978223-40.97)=214,405 Вт/м2
Общие потери жидкостного плоского коллектора = 172,8 + 214,405 = 387,205 Вт/м2

Всё! Руки устали стучать по клавиатуре. Про воздушный коллектор продолжу завтра.

 

почему тплоотдача с наружной и внутренней сторонах разные?
если можно по подробней.

отсюда ?

"При помощи потоков воздуха со скоростью V (м/сек), тепловой поток увеличивается на величину конвективной составляющей Q=pVAT, где р примерно равен 6 Вт-сек/м3-град. Все величины зависят от пространственной ориентации и шероховатости поверхности. Так, по действующим нормам СНиП 23-02-2003 коэффициент теплопередачи от воздуха к внутренним поверхностям ограждающих конструкций принимается равным 8,7 Вт/м2 град для стен и гладких потолков со слабо выступающими рёбрами (при отношении высоты рёбер «h» к расстоянию «а» между гранями соседних рёбер h/a < 0,3); 7,6 Вт/м2 град для потолков с сильно выступающими рёбрами (при отношении h/a > 0,3); 8,0 Вт/м2 град для окон и 9,9 Вт/м2 град для зенитных фонарей. Финские специалисты принимают коэффициент теплопередачи в «неподвижном» воздухе сухих саун равным 8 Вт/м2 град (что в пределах ошибок измерений совпадает с принимаемым нами значением) и 23 Вт/м2 град при наличии потоков воздуха со скоростью в среднем 2 м/сек."

 

Эти цифирки из СНиПа. Скорее всего они получены эмпирическим путём. Возможно это связано с наличием ветра на улице.

Угу. Только я читал что-то подобное в прошлом СНиПе за 79 год.

 

@Хозяин Мастер, с возвращением! С самолета сразу на форум? Похвально! Бесхитростную схемку с ЕЦ без каких-либо" ухищрений" уже нацарапали? Давайте скорее, очередь сейчас Ваша.

Что, циферки ужаснули? Медленно начинаете осознавать, почему я Вашу рукопись так настойчиво в топку отправлял? Или все-таки котлетки пожарить попробовали? А может на карибах украли гуся и зажарили его, обернув фольгой? А, Михаил Самуэлевич? Признайтесь, мы никому не расскажем! Или может сравнили площадь стен дома из нержавейки, который Вы мне построить советовали с коряво посчитанной Вами площадью гофротрубы?

А насчет грязи абсолютно с Вами согласен, не надо. Я ж Вам неспроста наводящие вопросы про стагнацию задавал, чтоб Вы призадумались, куда и сколько девается из коллектора при рабочей дельте.

 

@sad1, спасибо за Ваш труд!

 

@bazil19, хорош уже дразниться, детский сад, ей богу. Один дразнится-другой бесится. Вам бы обоим, да ваши ДВА мозга и опыта да в одном направлении заставить работать вместо бессмысленной конфронтации. Тогда был бы выигрыш всем. Давно БЫ вас в игнор записал, да только мысли у вас дельные (по крайней мере-многие) Но некоторые посты читать аж противно

 

Здесь вкралась ошибочка.
вы берёте "чернота абсорбера е1=0,96 (покрытие не селективное)" в видимом спектре солнечного излучения.
Абсорбер излучает в ИК диапазоне на 7-8мкм, это тепловое излучение, по закону смещения Вина.

Для поликарбоната поглощение е2=0,96 на частоте 7мкм оно же равно ИЗЛУЧЕНИЮ на той же частоте.
ЗАКОН КИРГОФа.
Результат этих двух операций есть ОТРАЖЕНИЕ.
Поликарбанот почти всё отражает назад на абсорбер на 7мкм. и ничего не пропускает наружу на 7мкм.
по этому и не должен греться.

При построении самоделок со слабоселективным покрытием, использование полкарбоната выгоднее чем стекла. Хотя есть стёкла с похожими свойствами.

 

Я предположил, что абсорбер сделан из железа матового окисленного, а у него е=0,96 в инфракрасном диапазоне.

Нет это не отражение, а переизлучение. Процесс состоит из двух частей:
1. Поглощение и нагрев поверхности
2. Излучение нагретой поверхности.

 

@Vadim9818, ладно, больше не буду! Вы ж видели, как все начиналось!

Потом @Хозяин Мастер начал выкладывать "весь хрен до копейки" и обзывать "Безграмотным лудильщиком",
и мой реально пройденный опыт изготовления СК называть "кривым". Я с самого начала этой темы(которую благоразумный @PipilatsMotors не стал раскачивать, в отличии от @Хозяин Мастер-а а перенес сюда из "Автономного склада", чтоб мы там ему картину не усугубляли) сказал- потери из-за плохого контакта теплоснимающей трубки с абсорбером существенные.

В результате моих "кривых" опытов это было в районе 30-40%. И происходят они по причине перегрева абсорбера из-за огромного теплового сопотивления воздушного зазора в тех местах, где трубка не прижата хомутом или не приварена-припаяна.

Человек, с которым я веду этот спор уже как минимум 8 страниц с этим не согласен. Иных аргументов, кроме "Ты тупой лудильщик", я от него не услышал. Как бы Вы поступили на моем месте?

Я свои коллекторы уже сделал, и доволен как слон. И сколько бы тут @Хозяин Мастер не размахивал своим нефритовым корешком вакуумными трубками, я знаю, что мой "паяный самовар", стоящий под горами Тянь-Шаня, с возложенной на него задачей справится лучше, чем его вакуумники в Москве.

А спор я этот веду ради тех, кто поначитавшись ереси "экспертов" типа Хозяина, кинется в России делать СК для зимнего отопления с висящей на "соплях" гофрой, уложенной на селективное покрытие, или делать гелиосистемы с ЕЦ без обратного клапана.

Простить Хозяина я готов прямо сейчас, даже не буду требовать признаний и извинений за нелестные слова в мой адрес. Поскольку общение с ним доставило мне огромное удовольствие.

Приношу свои извинения уважаемым читателям, которым пришлось читать всю эту галиматью на протяжении последних страниц, и торжественно клянусь

Бороться с невежеством и заблуждениями в деле строительства СК я в меру моих скромных сил продолжу, но носителей этого невежества и заблуждений, насмерть "мочить" не буду!

@sad1, отдельное спасибо Вам за Ваш труд, если бы это пришлось делать мне, я бы уже наверное погиб бы смертью храбрых в сражении с планшетом!

 

Чёрт! Сейчас перечитал свой опус и увидел, что форумный "движок" съедает повторяющиеся скобки.
Например:

там после "S1*Z*C*" должно быть две открывающиеся скобки, а одну форум съел и смысл изменился.
должно быть Q12=S1*Z*C*[(T1/100)^4 - (T2/100)^4]
и ещё в нескольких местах так же.

 

У пипилаца совсем другие объёмы.А

,думаю,тоже знает, о чём говорит. Правда только напускает таинственности.Еси чо-я пока что теоретик и, думаю, до СК дойду только через пару лет, когда основную стройку доведу

 

@sad1, я думаю, что большинство людей, которые читают или будут читать эту тему не обратят внимание не только на скобки, но по-быстрому пролистают и все цифры и формулы.

Некоторых вообще интересуют только вопросы типа "а скока будит вода градусав в пасмурную пагоду?", причем даже количество этой воды, нагретой до этих "градусав" их мало волнует.

 

всё верно.
Ну а собственно что это меняет?
Внутренние температуры поверхностей абсорбера и СПК внутри приблизительно одинаковые.
Нет разницы температур - лучистый тепловой поток ноль.
Снаружи Т поверхности СПК равна Т воздуха (окружающей среды), Теплообмен излучением равен 0.
перепад температур на СПК в 80С, вы задекларировали когда считали тепловой поток наружу теплопроводностью.

Так по вашему и через глухую стену бы ИК излучение проходило бы.

P. S.
И ещё не в службу, а в дружбу.
Для дремучих писателей типа Базилио, объясните, чем отличается переизлучение от отражения на 7мкм, а то ведь он наверняка думает что ЭМ-волна как мячик отскакивает от вещества.

 

А

 

так же думаю