X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Введение. В последние десятилетия изменилась тенденция развития энергетики в мире вследствие поиски возобновляемых, экологических чистых энергетических ресурсов. Главной проблемой стало высокое энергопотребление и загрязнение окружающей среды различными видами промышленной и бытовой техники. Одним из основных потребителей энергий, а также, источником загрязнения являются жилые здания. В таких ситуациях основной задачей является разработка технических решений, позволяющих эффективно использовать возобновляемые источники энергии, в частности солнечную.

Каждый день солнце поставляет человеку неограниченный энергетический потенциал. При этом он будет доступен для человечества еще на протяжении многих лет. Это толкает человека придумывать и воплощать в реальность новые устройства, способные трансформировать солнечное излучение в полезную для человека энергию. Последняя может и электрическую лампочку питать, а может обогревать помещение. Примером устройства, которое способно превращать солнечную энергию в тепло, является солнечный коллектор– отзывы о нем доказывают эффективность системы.

Цель работы: Разработать алгоритм для оценки теплопроизводительности солнечных коллекторов, особенно для плоского водоногревательной системы.

Метод решения: Известные традиционные конструкции солнечных коллекторов (СК) [1] широко используемые в мире. Однако, учитывая их стандартные конструкции, существуют определенные проблемы с их интеграцией в здания.

Теплоноситель, роль которого в основном выполняет смесь воды и антифриза, протекает через абсорбер. Циркуляция производится между резервуаром с горячей водой и коллектором. Когда в коллекторе температура превышает температуру жидкости в резервуаре, включается насос, и теплоноситель переносит тепловую энергию в резервуар из коллектора.

Чаще всего абсорберы создают из большого количества металлических пластинок. Теплоноситель передается по трубкам к этим пластинкам, где и происходит процесс теплообмена. Обычно в таком случае в качестве исходного материала используют алюминий и медь.

Если нужны солнечные коллекторы для бассейнов, то применяют искусственные материалы, ведь параметры термостойкости здесь несколько ниже. Существуют и комбинированные аппараты, которые не нуждаются в циркуляционных насосах. В таком случае вода нагревается прямо в коллекторе.

Прежде чем существить интеграция СК с фасадом зданий мы должны знать теплопроизводительность этих СК.

Таким образом, для определения теплопроизводительности рассмотриваемого коллектора по горячей воде дневной период его активной работы () условно разбивается на N равные элементарные промежутьи времени () в течение которых значения поверхности плотность потока суммарного на кучевоспринимающую поверхность коллектора () и температуры окружающей среды () можно считать постоянной [2].

Для каждого элементарного промежутка времени теплопроизводительность СК определяется по выражению [3,4]

=[] (1)

Здесь – коэффициент теплопотерь в формуле (1) определяется среднее за промежуток времени – значение теплопроизводительности коллектора.

Если коллектор в течение дня будет эксплуатироваться в режиме постоянной температуры (т.е.=const) то расход энергии на утренний прогрев коллектора превращается и все поглащенное поверхностью теплообменной панели коллектора солнечного излучения () расходуется на выработы полезной энергии () и компенсацию тепловых потерь в окружающую среду (),т.е.

(2)

Здесь – коэффициент тепловой эффективности коллектора, показывающий его степень теплотехнического совершенства [3];

Таким образом, поверхностная плотность потока суммарного солнечного излучения, поглошенного поверхностью теплообменной панели коллектора определяется следующем образом:

(3)

А средне массовая температура нагреваемой в солнечном коллекторе воды:

(4)

где и - соответственно, температуры холодной (т.е. исходной) воды на входе в коллектор и получаемой горячей воды на выходе из него.

Суммарная удельная теплопроизводительность коллектора за световой день определяется суммированием значений дня выбранного режима его эксплуатации , т.е. температуры воды на выходе из него ().

(5)

Как следует из формул для определения путем теплопроизводительности (1) и времени утренного прогрева солнечных водоногревательных коллекторов требуется значения приведенной к единице его лучевоспринимающей поверхности и разности температур ( коэффициент суммарных потерь () и теплоемкости а также коэффициента тепловой эффективности лучепоглощающей теплообменной панели коллектора ().

Выводы: Изложенная процедура расчета по определению повторяется для всех типичных (т.е. характерных) дней каждого месяца года.

Суммарная месячная теплопроизводительность коллектора, т.е.

(6)

Расчеты по определению qпол и на ее основе , и выполняется, как уже констатировано выше, для конкретных значений , определяемых потребительским спросом на температуру горячей воды в системах горячего водоснабжения. Значение зависит от многих параметров таких, как скорость и направления ветра относительно лучевоспринимающей поверхности, толщины замкнутой воздушной прослойки, заключенной между лучепоглощающей поверхностью светопрозрачного покрытия корпуса и средней температуры воздуха в ней, температуры поверхности теплообменной панели, коэффициента теплопроводности материала и толщины данной договой теплоизоляции корпуса.

Литература

1. Riffat S.B., Doherty P.S. «Abbel Aziz E.I.Intein of energy Research».2000.V,24,№ 1-3.pp. 1203-1215.

2. Рустамов Н.Т., Мустафаев К.М. «Тепловая эффективность солнечных коллекторов для нагрева жидкого теплоносителя». Вестник МКТУ им. Х.А.Ясауи , № 3, 2014,с.23.27

3. ДаффиДж.А., Бекман У.А. «Тепловые процессы использованием солнечной энергии».М: Мир, 1977, - 420с.

Код для цитирования: Скопировать