Усовершенствование плоского коллектора

­Как мы уже видели раньше, характеристики плоского коллектора, определяемые равновесной температурой, можно улучшить, если, не ухудшая существенно его поглощательной способности а во всем спектре солнечного излучения, увеличить отношение в длинноволновой части спектра. Этого можно добиться с помощью так называемых селективных поглотителей. Обычно такой поглотитель представляет собой полированную металлическую поверхность, покрытую тонкой темного цвета защитной пленкой окисей никеля или меди. Его поглощательная способность в коротковолновой области довольно высока, порядка 0,9. При очень тонком покрытии подобный поглотитель прозрачен для излучения с длиной волны, превышающей его толщину. Тогда его излучательная способность в длинноволновой части спектра должна быть не выше, чем у металла, то есть около 0,1. Равновесная температура такого селективного поглотителя с величиной отношения, близкой к 9, в рассмотренных ранее условиях должна повыситься до 427 К, или 154 C (если интенсивность длинноволнового атмосферного излучения составляет 200 Вт/кв.м, а поглощательная способность к этому виду излучения равна 0,1). Однако добиться такого существенного улучшения практически очень сложно. Основная трудность заключается в том, что большинство селективных покрытий очень чувствительно к пылевому загрязнению, и в естественных условиях их характеристики со временем быстро ухудшаются.

Эффективным и востребованным, как архитектурное проектирование методом усовершенствования солнечного коллектора является наложение на поверхность поглотителя одного или нескольких прозрачных покрытий. Большинство тонких пленок из стекла и чистых пластмасс пропускают около 90% солнечного излучения, причем на долю излучения с длинами волн более 2 мкм приходится менее 10%. Такие характеристики стекла позволяют усилить так называемый «тепличный эффект»: стекло, покрывающее теплицу, хорошо пропускает солнечное излучение, но поглощает длинноволновое излучение, испускаемое внутренними поверхностями теплицы. Процесс теплообмена между поглотителем и воздухом теперь протекает иначе, через промежуточную стадию конвективного теплообмена между поглотителем и его покрытием. В результате потери на конвекцию снижаются до минимума. Интенсивность тепловых потерь на расстоянии в несколько сантиметров составляет в таких поглотителях около 4 Вт/кв.м на градус разности температур между пластинами поглотителя и покрытия, которая теперь значительно меньше, чем в случае непосредственного контакта поглотителя с воздухом, благодаря чему потери уменьшаются. Между пластинами осуществляется также радиационный обмен энергией, который благоприятнее обмена с атмосферой. Внутренний конвективный теплообмен между пластинами, как и теплообмен между открытой пластиной и окружающей средой, не строго пропорционален разности температур, но мы будем считать, что прежнее допущение о пропорциональности остается в силе. Выбранное нами значение интенсивности теплообмена, равное 4 Вт/кв.м-К, более приемлемо по сравнению с интенсивностью обычной теплопередачи через слой воздуха толщиной 2 см, величина которой составляет около 1,25 Вт/м2-К. Таким образом, конвективный теплообмен между поглотителем и покрытием, вызывающий дополнительную передачу энергии, приводит к увеличению интенсивности теплообмена почти втрое. ­