Обычно поглотители для жидкостных систем изготовляются из меди, алюминия или стали.
При выборе материала для теплоприемника следует учитывать следующие факторы:
- наличие материала;
- энергию и ресурсы, необходимые для производства;
- теплопроводность (и другие тепловые характеристики);
- долговечность;
- легкость в обращении;
- стоимость.
Содержание
- Наличие материала
- Энергия и ресурсы, необходимые для производства
- Теплопроводность
- Долговечность
- Легкость в обращении
- Стоимость
Наличие материала
Медь всегда имеется в наличии, но ее запасы на Земле сокращаются, а цены продолжают расти. Алюминий и сталь доступнее, но даже запасы алюминия постепенно истощаются.
Энергия и ресурсы, необходимые для производства
Поскольку наши энергетические запасы сокращаются, и экономия энергии становится все более жизненно важной для общества, выбор металла также производится с учетом количества энергии, необходимого для производства. Для производства алюминия, например, требуется значительно больше энергии на единицу веса, чем для производства стали. На Земле просто не хватит меди для обеспечения каждого здания медным солнечным коллектором, даже если срок службы такого теплоприемника будет 50 лет, и медь затем пойдет в переработку. То же ограничение может оказаться справедливым и для алюминия. По сути дела, все металлы могут применяться только после тщательного рассмотрения возможных альтернатив.
Системы, не требующие металлических теплоприемников, должны применяться, где только возможно.
Теплопроводность
Металлический теплоприемник можно не применять, если теплоноситель непосредственно соприкасается с любой поверхностью, на которую падает солнечный свет. Однако почти во всех применяемых сейчас жидкостных системах жидкость протекает обычно по трубам, прикрепленным к поглощающей пластине.
Тепло должно передаваться к трубам от тех участков пластины, которые не соприкасаются с теплоносителем. Если теплопроводность пластины недостаточно высока, то тепло уйдет из коллектора прежде, чем оно будет подведено к трубам. Пластина из металлов с высокой теплопроводностью, например, из меди, может быть тоньше, а трубы на ней могут располагаться с большими промежутками.
Наиболее теплопроводным металлом является медь, за ней следует алюминий. Чтобы получить аналогичные результаты при всех прочих равных условиях, алюминиевый лист должен быть вдвое, а стальной — в 9 раз толще медного.
Долговечность
Долговечность металлов ограничена действием коррозии. Медь противостоит коррозии лучше, чем алюминий или сталь, но при определенных условиях вода и антифриз могут вызвать коррозию всех этих металлов. Высокие рабочие температуры солнечных коллекторов также ускоряют коррозию.
Тем не менее, существуют методы уменьшения влияния коррозии. Например, если теплоприемник осушается для предупреждения замерзания, то доступ воздуха в систему повышает потенциальную возможность коррозии.
Таким образом, необходимо закрыть путь в систему кислороду воздуха, вызывающему коррозию. Особые меры необходимо принимать для предупреждения коррозии алюминия; вода из плавательных бассейнов может вызвать протечку алюминиевых теплоприемников уже через несколько месяцев после монтажа.
Сталь должна быть оцинкованной, либо нержавеющей. Коррозию также можно уменьшить путем добавления в воду или антифриз ингибиторов, содержащих соли хромовой кислоты.
Рекомендуется применение мягкой воды с низким содержанием минеральных веществ и металлов. Внутренние поверхности алюминиевых труб или других каналов для жидкости можно обрабатывать при помощи процесса гальванического цинкования, но он довольно дорог и не везде возможен.
Наиболее критическим аспектом коррозии является показатель концентрации водородных ионов в растворе. Для алюминия pH = 6–7. Необходимо постоянно контролировать уровень pH, так как любое отклонение в меньшую (кислотное) или в большую (щелочное) сторону значительно увеличивает коррозию.
Все упомянутые методы обработки лишь снижают область коррозии, но не дают никакой гарантии успеха. Пока не решена проблема борьбы с коррозией, существует очень мало заменителей меди для жидкостных теплоприемников.
В какой-то мере исключениями здесь являются стекло и волнистый алюминиевый или стальной лист с открытой поверхностью, примененные в системе д-ра Томасона. Неметаллические теплоприемники (стекло, пластмасса) не подвержены коррозии, но имеют более короткий срок службы.
Легкость в обращении
Вес теплоприемной пластины не является решающим фактором в конструкции солнечного коллектора, но он играет роль в простоте изготовления коллектора и обращении с ним. Общая масса коллекторов обычно составляет менее 25 кг/м², где на долю теплоприемника приходится, как правило, около 5 кг/м².
При работе с медью могут возникнуть затруднения, так как она твердеет (гартуется) при формовке и изгибании. Все металлические поверхности теплоприемников требуют тщательной очистки до нанесения черной краски на поверхность. Медь с большим трудом поддается окраске.
При креплении труб к теплоприемной пластине нужно учитывать трудности пайки или сварки. Припаивание медных труб к медным пластинам осуществляется сравнительно легко, а алюминий нельзя припаять или приварить к любому металлу без применения специальных средств, но достаточно успешно применяются механические соединения.
Способ механического крепления медных труб к алюминиевому листу: 1 — ребро алюминиевого теплоприемника; 2 — медная трубка
Стоимость
Стоимость теплоприемной пластины необходимо рассматривать совместно с тепловыми характеристиками. Эти характеристики для различных материалов показывают, что при существующих несоответствиях стоимости меди, алюминия, стали и нержавеющей стали, лучшим из них следует считать алюминий.
К сожалению, совершенно не решенные проблемы борьбы с коррозией алюминия препятствуют его широкому использованию.
Комментарии