Установление оптимальных углов наклона плоских отражателей к гелиопокрытию, применяемых при тепловой обработке сборного железобетона с использованием солнечной энергии



Ранее установлена эффективность использования плоских отражателей, позволяющих 10 месяцев в году при гелиотермообработке, выпускать сборные железобетонные изделия без подвода традиционных видов энергии (пар, электроэнергия) за счет повышения на 28÷112 % плотности радиационного патока, падающего на изделие, в различные месяцы года /1/.

Поскольку плоские отражатели рекомендуются для полигонов и открытых площадок заводов по выпуску сборного железобетона, важно установить параметры отражателя к гелиопокрытию в разные сезоны года с целью для эффективного использования отраженных лучей.

Нами определены углы наклона плоского отражателя к гелиопокрытию в различные периоды года для Бухарского региона, обеспечивающие отражение радиационного патока, падающего на поверхность отражателя, на всю поверхность гелиопокрытия.

Для установления эффективного угла наклона отражателя к гелиопокрытию для других регионов, где можно внедрить гелиотехнологию производства сборного железобетона, за основу необходимо принять данные климатологических справочников по углам наклона Солнца к горизонту (α_солн)по месяцам года.

Рис. 1. Углы наклона отражателяк гелиопокрытию

Рассмотримтреугольник АВС (рис.1-а), в котором АВ (высота плоского отражателя) и ВС (ширина в плане гелиопокрытия) равны между собой и обозначеныl.

Учитывая общеизвестные условия, что угол падения луча радиации солнца) равен углу отражения (α_пад=α_отр) и два угла у основания равнобедренного треугольника равны (α_отр=β, АС — основание треугольника), и обозначая угол отражателя к гелиопокрытию, обеспечивающему отражение падающего на его поверхность радиационного потока на всю ширину гелиопокрытия l через α^l_отр, имеем

α_отр + β + α^l_отр = 180⁰

α_отр = β = α_под = α^l_{отр —} α_солн

2 (α^l_отр — α_солн) +α^l_отр = 180⁰

3 α^l_отр = 180⁰ + 2α_солн

α^l_отр = 60⁰ + α_солн (1)

Таким образом, имея данные по углам наклона Солнца к горизонту для любой местности и используя (1) можно определить угол наклона отражателя, обеспечивающего отражение падающей на его поверхность солнечной радиации на всю ширину гелиопокрытия.

С практической точки зрения важно установить расстояние, накоторое затеняется площадь полигона от отражателя, чтобы расположить следующий гелиостенд или ряд стендов, продольная ось которых параллельно первому или ряду их, чтобы исключить затенение поверхности гелиостендов. Из рис.1.а следует, что ВД и есть отрезок затенения в плоскости (обозначим его X) и зона в пространстве.

Используя математическую аксиому, можно выразить

где, α_пад= α^l_{отр —} α_солн = 60^{0 —} α_солн

Отсюда

или (2)

В случае отражения солнечной радиации от отражателя на всю ширину гелиопокрытия лучи попадают на бетон под различными, но однозначно острыми углами в зависимости от угла Солнца к горизонту. Исследования показали, что интенсивность солнечной радиации можно увеличить еще на 10–20 % при попадании отраженных от отражателя лучей на поверхность бетона под прямым углом (рис.1.б). В данном случае не охватывается вся ширина l гелиопокрытия, но это можно обеспечить некоторым удлинением отражателя. При соответствующем технико-экономическом обосновании с условием возможности увеличения плотности солнечной радиации для гелиотермообработке сборных железобетонных изделий, особенно в зимний период, такой шаг может быть оправдан.

Рассматривая прямоугольный треугольник EFG, можно определить угол отражателя α^с_отр, обеспечивающий максимальную интенсивность солнечной радиации, и отрезок С на который будут отражаться солнечные лучи.

Если считать, что

α_отр= α_под = α^с_отр — α_солн

то, α^с_отр= 90^{0 —} (α^с_отр- α_солн) = 90^{0 —} α^с_отр+ α_солн

2 α^с_отр = 90⁰ + α_солн

α^с_отр =

α^с_отр = 45⁰ + α_солн(3)

C = l•cosα^с_отр (4)

Формула (4) позволяет также определить и спроектировать соответствующую высоту отражателя, обеспечивающую охват отраженными от него лучами всей ширины гелиопокрытия.

Чтобы установить достоверность проведенных расчетов и выведенных формул, нами сопоставлены экспериментальные и расчетные данные. Для этого в течение года по месяцам в условиях Бухары в 13⁰⁰ час измеряли альбедометром с портативным гальванометром параметры установления отражателя (рис.2).

Отметим, что некоторое превышение экспериментальных данных объясняется тем, что Бухара находится на широте 40° с.ш., а α_солн принята за основу в расчётах для 42⁰с.ш.

Таким образом, выведенные формулы позволяют привязать отражательные системы к действующим и проектируемым гелиополигонам. Применение отражательных систем не может ограничиваться лишь полигонами по выпуску сборного железобетона.

Рис. 2. Сопоставление экспериментальных и расчётных данных: 1,2 — углы наклона Солнца к горизонту, ɑ_солн по данным климатологического справочника и эксперимента; 3,4 — ɑ^с_отр расчётный и экспериментальный; 5,6 — ɑ^l_солн расчётный и экспериментальный

Нами были поставлены эксперименты по сравнению различных материалов для их применения в плоских отражателей. Сравнивались обычное зеркало, металлизированная лавсановая пленка ПТЭФ, оцинкованный лист и лист, покрытый белой эмалью.

В экспериментах один за другим на стенде устанавливались плоские отражатели из различных сравниваемых материалов, таким образом, через альбедометр, установленный неподвижно на определенной плоскости замерять прирост интенсивности солнечной радиации в сравнении с естественной плотностью солнечного потока. Результаты замеров сведены в таблице 1.

Таблица 1

Повышение плотности солнечной радиации при применении различных материалов вотражателях

№	Наименование материала	Процент увеличение интенсивности солнечной радиации J,%
1.	Естественная плотность солнечной радиации	100
2.	Обычное зеркало (Aq)	148
3.	ПТЭФ металлизированная под обычным стеклом δ=4 мм	145
4.	Оцинкованный лист	129,6
5.	То же, покрытий белой эмалью	115

Результаты показывают, что наиболее эффективными материалами для их применения в качестве поверхности для плоского отражателя являются обычное зеркало и металлизированная пленка ПТЭФ, прирост интенсивности солнечной радиации 145–148 %. Однако стоимость зеркала более в 25 раз превысила стоимости металлизированной пленки.

На приборе «Пульсар» устанавливался коэффициент отражения различных длин волн солнечного спектра, двух наиболее эффективных материалов, как ПТЭФ металлизированное и обычное зеркало.

Результаты, приведенные на рис.3 однозначно свидетельствуют об эффективности применения ПТЭФ металлизированной в качестве отражающего материала в области спектра 0.38–1.1 мкм.

Рис. 3. Коэффициенты отражения материалов в различных интервалах длин волн солнечного спектра: 1 - ПТЭФ — металлизированная; 2- обычное зеркало

Поскольку, что немаловажно, в пределах λ особенно от 0,4 до 0,6 коэффициент отраженияПТЭФ растёт и находится в пределах 0.82–0.85, у обычного зеркала, соответственно 0,76–0,78. С дальнейшим ростом λ коэффициент отражения у ПТЭФ металлизированный растет и достигает 0,87, у зеркала коэффициент отражения наоборот понижается до величины 0,65.

Таким образом, установлена эффективность применения ПТЭФ металлизированной пленки в качестве отражающей поверхности плоских отражателей.

Литература:

1. Усманов Ф. Б. Повышение эффективности использования плоских отражателей при гелиотермообработке бетона. / В кн. Сборник научных трудов БухТИПиЛП, — Ташкент, 2014. С.71–76.