Czy prędkość przepływu wody w ogrzewaczu solarnym wpływa na jego wydajność?

Pytanie

Pyta Andrzej

Czy prędkość przepływu wody w ogrzewaczu solarnym ma wpływ na jego wydajność? Konkretniej – mówimy o przypadku basenu i solarnego ogrzewacza wody o bardzo prostej budowie: gumowa mata z kanałami, którymi pompka filtrująca przepompowuje wodę. Czy jeśli pompka będzie działała na pełnej wydajności (3000l/h) to temperatura w basenie wzrośnie szybciej niż jeśli pompka będzie działała na połowie wydajności? P.S. Dla mnie odpowiedź jest oczywista, ale potrzebuję potwierdzenia, bo dla mojego oponenta nie jestem autorytetem:)

Odpowiedź

Odpowiada dr inż. Marta Wacławczyk

Odpowiedź na zadane pytanie wcale nie jest oczywista.

Czas ogrzewania zależny jest od mocy cieplnej dostarczanej przez ogrzewacz solarny (kolektor). Ta moc nie jest stała, zależy od natężenia promieniowania słonecznego, ale także od temperatury płynącego przez kolektor czynnika. Im większa jest różnica między temperaturą powietrza a temperaturą wody płynącej przez ogrzewacz tym większe są straty cieplne. Współczynniki strat wyznacza się eksperymentalnie i dla wielu kolektorów otrzymuje się w przybliżeniu liniowy spadek mocy wraz z temperaturą czynnika.

Z drugiej strony moc kolektora równa jest iloczynowi masowego natężenia przepływu czynnika M, które jest zależne od wydajności pompy, ciepła właściwego wody cw i różnicy między temperaturą na wyjściu i wejściu do kolektora (Tout-Tin). Jeśli pompa pracuje przy dużej wydajności to czynnik przepływa przez kolektor szybko, nie nagrzewając się zbyt mocno. Taki układ jest korzystny, ponieważ ogranicza straty cieplne. Przy zmniejszeniu wydajności pracy pompy czynnik pozostaje dłużej w kolektorze, jego temperatura wzrośnie, ale spadnie przy tym moc dostarczana przez ogrzewacz solarny.

Moc cieplna dostarczana do basenu równa jest stosunkowi ciepła Q pobranego do ogrzania wody w basenie do pewnej temperatury do czasu t potrzebnego do ogrzania. Aby wyznaczyć czas należy policzyć stosunek t=Q/P. Jak wynika z tego wzoru, zmniejszenie P, przy stałym Q, spowoduje wydłużenie czasu t potrzebnego do ogrzania basenu. Żeby odpowiedzieć na pytanie o ile wydłuży się ten czas potrzebne są informacje o współczynnikach strat całego układu wraz z ogrzewaczem solarnym.