Un model matematic mai elaborat este dezvoltat în cercetarea curentă pentru a analiza eficiența termică a unui încălzitor solar de apă cu colector cu tuburi vidate (ETC). Configurația investigată constă din șase tuburi din cupru poziționate uniform într-un singur tub vidat, dintre care un tub este amplasat central, iar celelalte cinci sunt dispuse în jurul acestuia pe direcții radiale egale. Acest design cu mai multe tuburi are ca scop maximizarea transferului de căldură, mărirea suprafeței efective de schimb termic și obținerea unui câmp de temperatură mai uniform în colector.Sunt derivate ecuațiile de bilanț energetic pentru fiecare tub, luând în considerare mecanismele de transfer termic prin conducție, convecție și radiație, precum și interacțiunea termică dintre tuburile învecinate. Corelațiile de transfer de căldură sunt formulate și utilizate pentru a evalua distribuțiile de temperatură și caracteristicile termice ale sistemului în diferite condiții de funcționare. Modelul matematic dezvoltat este rezolvat pentru a furniza predicții ale temperaturii apei la ieșire, ale câștigului util de căldură și ale eficienței termice globale a sistemului de încălzire solară a apei. Măsurătorile indică o îmbunătățire semnificativă a performanței termice în comparație cu sistemele tradiționale cu un singur tub, eficiența globală a sistemului fiind crescută cu aproximativ 41%. Designul și metodologia de analiză propuse oferă informații valoroase pentru optimizarea încălzitoarelor solare de apă cu tuburi vidate și contribuie la dezvoltarea unor sisteme solare termice cu eficiență ridicată, utilizabile atât în aplicații rezidențiale, cât și industriale.
A more elaborated mathematical model is developed in the current research to examine the thermal efficiency of a solar water heater with an evacuated tube collector (ETC). The configuration investigated is that of six copper tubes that are positioned evenly in a single evacuated tube whereby one tube is placed centrally and the other five positioned around the central tube in equal radial directions. This multi tube design aims at maximising the heat transfer and improving the effective heat-exchange surface area and improving an even temperature field in the collector. It derives energy balance equations of each tube considering conductive, convective and radiative heat transfer mechanisms and thermal interaction between neighbouring tubes. Correlations of heat-transfers are formulated and used to assess the temperature distributions and thermal characteristics of system on different operating conditions. The mathematical model developed is solved to give forecasts of outlet water temperature, useful heat gain as well as the overall thermal efficiency of the solar water-heating system. The measurements show that there is a great enhancement in thermal performance, when compared with traditional single-tube systems, and the overall system efficiency is seen to be improved by about 41 per cent. The suggested design and method of analysis offer invaluable information on the optimization of the evacuated tube solar water heaters and lead to the creation of solar thermal systems with high efficiency to be used both at home and at work.
