Подогреватели воздуха с использованием солнечного излучения. Конструкции, принцип работы и эквивалентная диаграмма нагревателя.

Теплый воздух необходим для просушки зерна и обогревания жилищ. Солнечные нагреватели воздуха подобны нагревателям воды, описанным в гл. 2, в которых жидкость нагревается, контактируя с поглощающей излучение поверхностью. В частности, влияние ориентации приемной площадки и потери тепла при обдувании ветром и т.д. для обоих типов нагревателей очень сходны.

На рис. 3.1. показаны два типичных устройства. Энергия, передаваемая воздуху от поглощающей поверхности в единицу времени равна:

. (3.1)

Рис. 3.1. Два типа воздушных нагревателей:

1 - стеклянное покрытие; 2 - шероховатая черная поглощающая поверхность; 3 - пористая поглощающая пластина; 4 - изоляция

Плотность воздуха составляет 0,001 плотности воды, поэтому при тех же энергозатратах объемный расход Q воздуха может быть гораздо выше. Однако, поскольку теплопроводность воздуха намного ниже, чем воды, для сходных условий передача энергии от приемной поверхности к теплоносителю происходит намного слабее. Поэтому нагреватели такого типа, как показано на рис. 3.1, а, чаще всего изготавливают с шероховатыми приемными поверхностями или с поверхностями, на которых нарезаны канавки для увеличения площади и усиления турбулентности, необходимой для теплопередачи в воздухе. Альтернативный вариант состоит в увеличении контактной поверхности при использовании пористых или сетчатых приемников (рис. 3.1, б). Анализ теплопереноса довольно сложен, поскольку трудно разделить полезное тепло и потери, так как потоки тепла внутри приемной пластины и от пластины к стеклянному покрытию связаны между собой. Это отражено на диаграмме рис. 3.2. Обычно в первом приближении этой связью пренебрегают и используют уравнение (2.1)(стр.255 учебника 4.23) для теплового потока, как и при анализе нагревателей воды. Следует отметить, что нагреватели воздуха дешевле водяных, так как в них не требуется заливать тяжелую жидкость, их можно изготовить из светлых местных материалов и нет необходимости защищать от мороза.

Рис. 3.2. Эквивалентная диаграмма для воздушного нагревателя, показанного на рис. 3.1, а. Вследствие циркуляции воздуха внутри нагревателя температура на выходе Т₂ ниже температуры приемной пластины Т_р