Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Черваньов Ігор Григорович, завідувач кафедри географічного моніторингу та охорони природи Харківського національного університету імені В. Н. Каразіна

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовано мету, задачі, об'єкт і предмет досліджень. Визначено наукову новизну і практичне значення отриманих результатів.

У першому розділі зроблено огляд та аналіз літературних джерел, що містять інформацію про використання сонячної енергії в Україні та у світі. На основі аналізу літературних джерел встановлено, що проблемами сонячного теплопостачання займались такі автори, як Харченко М. В., Валов М. І., Казанджан Б. І., Мак-Вейг Д., Бекман У, Даффи Дж, Рабінович М. Д, Денисова А. Є. та інші. Встановлено, що сонячна радіація може бути спрямована на отримання електричної та теплової енергії. При утилізації енергії сонця для отримання тепла використовують пасивні та активні системи. Серед активних геліосистем найчастіше зустрічаються системи з використанням сонячних колекторів. Найбільш розповсюдженими на теперішній час є пласкі колектори для приготування низько потенційної води. Основним недоліком цих колекторів є низька ефективність їх роботи, що складає 50 - 65 %. Встановлено, що для підвищення ефективності використання сонячної енергії необхідна розробка нового більш ефективного обладнання.

У результаті проведеного аналізу сформульована мета і поставлені задачі дослідження.

У другому розділі згідно з патентом (Патент на корисну модель «Теплообмінник» № 3594, Україна, заявлений 19.09.2002, надрук. 15.12.2004, Бюл. № 12, 2004 р. Спіавтори: Шушляков О. В., Проскурня М. І., Байрак О. М., Шушляков Д. О.) запропонована схема конструкції вертикального циліндричного вакуумованого колектора з концентраторами сонячної енергії (рис.1). При цьому наведена конструкція дозволяє одночасно використовувати як сонячну, так і вітрову енергію. Сонячний колектор складається з світлопрозорого корпуса 1, концентруючих сонячну енергію елементів 2, зовнішньої 3 та внутрішньої 4 труб колектора, лопаток 5, рами 6, щіток 7, постійних магнітів 8 і 9, обмоток 10 і14, поршня 11, пружин 12 і 15, перепускних клапанів 13 і 16,кільцевого каналу 17, опорних підшипників 18 і 19,зворотнього клапана 20, пристроїв для регулювання швидкості обертання рами 21 і 22, з'єднувальних фланців 23 і 24, стаканів 25 і 26. Корпус сонячного колектора виконаний із світлопрозорого матеріалу з мінімальним опором потоку сонячної теплової енергії.

Рис 1. Схема сонячного колектора з концентраторами енергії

У корпус колектора по всій його площі на певній відстані один від одного розташовані концентруючі елементи, які фокусують енергію на зовнішній поверхні труби колектора. При цьому корпус, зовнішня і внутрішня труби розташовані коаксиально. Діаметр зовнішньої труби більше діаметра внутрішньої труби на дві фокусні відстані вмонтованих концентраторів. Простір між корпусом колектора та зовнішньою трубою вакуумовано з метою зниження втрат тепла за рахунок конвективного переносу.

Підвід холодного теплоносія до колектора здійснюється знизу. Нагріваючись, теплоносій переміщується по кільцевому каналу та відбирається з верхньої точки колектору. В торцях зовнішньої труби знаходяться перепускні клапани і пружини. Коаксиально із зовнішнього боку зовнішньої труби кріпляться нерухомі обмотки. Симетрично до концентраторів енергії розташована рама з можливістю реверсивного обертання. На цій рамі закріплені діаметрально дві щітки, лопатки для обертання рами, а також постійні магніти, які знаходяться на рівні обмоток в безпосередній близкості від них. При обертанні рами щітки очищують поверхню концентруючих сонячну енергію елементів, а магніти обертаються навколо обмоток. При обертанні магнітів в обмотках з'являється електричний струм. У зовнішній трубі колектора розміщений поршень з можливістю осьового зворотньопоступального переміщення під впливом електромагнітних сил. Знизу і зверху рами кріпляться пристрої для її гальмування в тому випадку, якщо швидкість вітру перевищує розрахункову швидкість для даного района.

Принцип роботи колектора полягає в наступному: пряма та розсіяна сонячна радіація проходить крізь прозорий корпус 1 і потрапляє на поверхню зовнішньої труби колектора 3. Частина енергії фокусується на зовнішній трубі концентруючими елементами 2. При цьому температура на внутрішній поверхні зовнішньої труби в місцях попадання зконцентрованих променів перевищує 260 ⁰С. Під впливом потоку атмосферного повітря на лопатках колектора 5 створюється вітровий тиск, який приводить в обертання раму 6 зі щітками 7 і магнітами 8 і 9. Рама обертається на опорних підшипниках 18 і 19. При цьому в обмотці 10 виникає електричний струм. За рахунок впливу електромагнітних сил поршень 11 буде здійснювати зворотньо-поступальний рух по внутрішній трубі 4. Клапан 13 відкриється - і під поршень 11 надійде холодний теплоносій. У цей час в обмотці 10 електричний струм зникне, а в обмотці 14 з'явиться, і поршень 11 почне переміщуватись донизу до упора в пружину 15. Клапан 13 закриється, а клапан 16 відкриється, і теплоносій буде витіснятись по кільцевому каналу 17 в простір над поршнем 11 і далі по трубі в систему гарячого водопостачання. За допомогою щіток 6 здійснюється очищення концентруючих сонячну енергію елементів 2 від забруднення. У випадку сильного вітру швидкість обертання рами 5 регулюється пристроями 21, які будуть притискуватися до рами 5 тим сильніше, чим вище швидкість її обертання та більша ЕРС в обмотках 9 і 14.

Частина колектора, що працює за допомогою вітрової енергії, у дисертації не розглядалась. Розрахункова схема колектора наведена на рис. 2.

Встановлено, що з метою підвищення швидкості та турбулізації потоку канал для проходу теплоносія може виготовлятись кільцевим, гвинтовим або мати форму спіралі. В якості концентруючих елементів можуть використовуватись лінзи, вертикальні лінійні концентратори або лінійні концентратори, розташовані по колу колектора, коли потік рідини рухається перпендикулярно напряму сконцентрованого випромінювання. Для збільшення кількості сонячної радіації за колектором встановлюється параболічне або параболо - циліндричне дзеркало - рефлектор.

Наведені схеми конструкцій душових кабін з використанням сонячних колекторів з концентраторами енергії для підігріву води. Наведені різні варіанти підігріву води за допомогою колекторів з концентраторами, ємкістних водонагрівачів, котла та буферних ємкостей. Встановлена можливість використання колекторів з концентраторами для виробництва пари.

У третьому розділі наведені теоретичні дослідження процесу теплообміну в сонячному колекторі з концентраторами енергії. Отримані аналітичні залежності, що описують розподіл температури по внутрішній поверхні стінки труби колектора.

Для постановки задачі оберемо циліндричну систему координат з центром в точці 0. Вісь z співпадає з віссю труби, яка має скінченну довжину, що обмежена відрізком -Н; Н (рис.2.). Так як процес теплообміну в колекторі нестаціонарний, то температура стінки буде залежити від часу, товщини стінки, а також змінюватись по довжині та по діаметру труби.

Функція температури на поверхні стінки:

. (1.)

Рівняння теплопровідності в циліндричних координатах:

(2.)

де V - температура; k - коефіцієнт температуропровідності;

(3.)

де д - дельта-функція; N - кількість точок нагріву (кількість концентраторів); А_і - амплітуда коливання сонячної радіації в кожній точці нагріву.

1 - зовнішня труба;

2 - зовнішня поверхня зовнішньої труби;

3 - внутрішня поверхня внутрішньої труби;

4 - концентратори;

5 - параболо-циліндричне дзеркало- рефлектор.

Рис. 2. Розрахункова схема колектора

Розв'язання рівняння (2.) шукається при умові, що:

(4.)

де а - внутрішній радіус труби; b - зовнішній радіус труби; t - час, q - тепловий потік.

Начальні умови виражають прийняте припущення про те, що торці труби є термостатом.

- начальні умови рівняння (2.) (5.)

Граничні умови враховують відсутність зворотнього конвективного току теплоти внаслідок вакуумування конструкції колектора. Прийняті також умови, що зміна температури потоку рідини з часом на теплообмін стінки труби не впливає.

- граничні умови рівняння (2.) (6.)

де - температура потоку; h - коефіцієнт теплообміну матеріалу труби з потоком рідини.

Прийнята заміна: (7.)

Тоді рівняння теплопріводності (2.), начальні умови (5.) і граничні умови (6.) приймуть наступний вигляд.

Рівняння теплопровідності:

(8.)

Начальні умови рівняння (8.):

(9.)

Граничні умови рівняння (8.):

(10.)

де

Шукається розв'язання рівняння (8.) у вигляді суми:

(11.)

При цьому для знаходження доданка W₁ треба вирішити задачу I, постановка якої записується наступним чином:

Рівняння:

(12.)

Начальні умови рівняння (12.):

(13.)

Граничні умови рівняння (12.):

(14.)

Постановка задачі II, в результаті розв'язання якої визначається доданок W₂, записуєтся так:

Рівняння:

(15.)

Начальні умови рівняння (15.):

(16.)

Граничні умови рівняння (15.):

(17.)

(18.)

(19.)

(20.)

При цьому шуканою функцією буде:

(21.)

У випадку наявності N точок нагріву з параметром інтенсивності необхідно провести розрахунок для кожної точки . При цьому коефіцієнти и повинні бути домножені на . Взявши суму отриманих рішень, знайдемо .

Для розрахунку на внутрішній поверхні 3 внутрішної труби (рис.2.) наведені рівняння необхідно розв'язувати при умові, що

(22.)

Подальше вирішення рівнянь (18) та (20) здійснюється чисельним методом з використанням програми Mathcad PLUS. Побудовані графіки розподілу температури по внутрішній поверхні труби колектора при впливі одного концентратора, ряда концентраторів, розташованих по твірній та по діаметру колектора (див. рис. 3), а також по всій його площині. Встановлено, що температура в точках перебільшує 250 ⁰С, що приводить до локального кипіння рідини та турбулізації потоку.

Для більш точного розрахунку параметрів теплоносія на виході з колектора припустимо, що рідина, яка надходить у внутрішню трубу колектора, має у вхідному перетині температуру , а температура стінки постійна. В якості температури стінки приймемо середню по внутрішній поверхні труби температуру після її встановлення:

(23.)

де - розрахована раніше середня різниця температур між стінкою і теплоносієм; - середня температура потоку.

Рис. 3. Розподіл температури по внутрішній поверхні труби колектора

Застосувавши формулу академіка В. Г. Шухова з усередниними величинами по та підставивши вираз (23) для , отримаємо рівняння для знаходження температури телоносія:

(24.)

тут ,

, (25.)

R=a,

(26.)

де - середній коефіцієнт тепловіддачі від стінки труби до теплоносія; С_р - изобарна теплоємкість рідини; с - щільність рідини; - середня по перетину швидкість постійна для всіх перетинів;

У четвертому розділі зроблено планування експериментальних досліджень для п'яти незалежних факторів:

, , , ,

де - кодоване значення часу на період закінчення експерименту

,

 де - діаметр лінзи; - діаметр відкритої частини лінзи.

,

де - середня швидкість руху теплоносія по трубі, d - діаметр умовного проходу каналу; - коефіцієнт кінематичної в'язкості потоку теплоносія на вході в колектор.

При цьому діаметр каналу постійний, а змінюванню підлягає швидкість потоку і витрата теплоносія.

,

де Н_z - відстань між фокусами концентраторів, розміщених по твірній колектора; z - висота колектора;

,

де - кут між фокусами концентраторів, розміщених по діаметру колектора.

Складений дворівневий дробовий факторний експеримент видгляду з додатковими нульовими точками в центрі цього плана. Величини змінюваних параметрів наведені в таблиці 1.

Таблиця 1. Величини змінюваних параметрів

Для проведення експериментальних досліджень була змонтована лабораторна установка, (рис. 4.)

Рис. 4. Схема лабораторної установки

Установка складається з наступних елементів: світлопрозора труба (1); концентруючі елементи (лінзи) (2); внутрішня металева труба (3); патрубок для з'єднання з вакуум-насосом (4); вентилі (5) і (6); герметичний патрубок для виводу термопар (7); шлейф з термопарами (8); тримач (9); проводи самопишучого приладу (10); швидкодіючий самопишучий прилад (11); самописці (12); паперова стрічка (13); подавальний трубопровід (14); циркуляційний насос (15); термометри для вимірювання температури води на вході і на виході з колектора (16) і (17) зі шкалою від 0 до 100 ⁰С та точністю 0,1 ⁰С; мірна ємкість (18); опори (19).

Температура в точках на внутрішній поверхні труби колектора вимірювалась спеціально виготовленими та тарируваними мідь - константановими термопарами.

Визначена максимальна похибка при експериментальних вимірюваннях температури в точках на поверхні внутрішньої труби, яка складає %.

На підставі експериментальних даних побудовані графіки залежності температури в точці від зміни факторів (рис. 5).

Рис. 5. Графіки залежності температури в точках від змінюваних факторів

Проведені заміри температури теплоносія на виході з колектора, які проводились згідно з планом експерименту.

Для порівняння точності експериментальних і теоретичних значень температури теплоносія використовувався критерій Фішера. Відношення дисперсій дорівнює 1,67. Воно менше табличного значення критерію Фішера при числі ступенів свободи 26 для кожної дисперсії F(0,05; 26; 26) = 1,93. З цього витікає, что розрахункові теоретичні залежності вірні та можуть бути використані для розрахунку колекторів різної потужності.

У результаті обробки експериментальних даних складено рівняння регресії (27), де в якості функції відклику виступає температура теплоносія:

Графік залежності температури теплоносія від зміни рівнів кожного з п'яти факторів наведений на рис. 6. Графік побудований при умовах, що один з факторів змінюється на трьох рівнях, а решта факторів залишаються постійними.

Рис. 6. Графік залежності температури теплоносія від зміни рівнів факторів

Визначена середня температура стінки каналу різних колекторів та середній коефіцієнт тепловіддачі. Встановлено, що колектор з концентраторами енергії має більш високі показники у порівнянні з іншими колекторами.

Визначена ефективність його роботи, яка складає 78 - 80 %, що на 10 - 20 % вище, ніж у пласких колекторів і на 5 - 10 % вище ніж у циліндричних вакуумованих колекторів без концентраторів.

Підвищенню ефективності роботи колектора з концентраторами сприяє також кипіння рідини в точках, що призводить до додаткового збільшення коефіцієнта тепловіддачі та інтенсифікації теплообміну.

Виходячи з результатів експерименту, визначено потрібне співвідношення площі концентраторів та площі поверхні колектора, при якому спостерігається максимальний ККД.

В дисертаційній роботі виконаний розрахунок розподілення поля температур по внутрішній поверхні стінки труби колектора, отриманий в результаті чисельного розрахунку методом контрольних об`ємів за програмою, розробленою кафедрою інформатики Національного аерокосмічного університету „Харківський авіаційний інститут”. Наведені результати розрахунку та їх аналіз.

У п'ятому розділі визначена методика інженерного розрахунку параметрів теплоносія сонячного колектора з концентраторами енергії. Наведена програма для розрахунку різниці між температурою рідини та стінки колектора, а також спосіб визначення середнього коефіцієнта тепловіддачі та середньої різниці між температурою стінки та рідини. Для отримання максимального ефекту від впливу концентраторів значення відносної площі рекомендується приймати рівним 0,37. Далі розрахунок ведеться за формулами (24 - 26.)

Наведений графік залежності температури теплоносія на виході з бака - акумулятора різної ємкості в залежності від часу доби (рис. 7).

Рис. 7. Графік залежності температури теплоносія на виході з бака - акумулятора багатоконтурної установки від часу доби

ВИСНОВКИ

1. Досліджена теоретично та експериментально нова запропонована конструкція сонячного колектора з концентраторами енергії та встановлено, що підвищення ефективності досягається за рахунок збільшення коефіцієнта тепловіддачі та температури стінки каналу колектора.

2. Досягнуте підвищення ефективності використання сонячної енергії за рахунок використання сонячного колектора з концентраторами енергії, що складає 10 - 20 % вище ефективності пласких колекторів і на 5 - 10 % вище ефективності циліндричних вакуумованих колекторів без концентраторів.

3. На основі виконаних досліджень отримані аналітичні залежності розподілення поля температур по внутрішній поверхні циліндричного каналу, що дозволило вдосконалити математичну модель процеса теплообміну в вакуумованому колекторі з точечними концентраторами сонячної енергії.

4. Результати досліджень сонячного колектора дозволили розробити програму чисельного розрахунку на ЕВМ температурного поля внутрішної поверхні каналу колектора, що дозволяє оцінити вплив відносної площі концентраторів, геометричних параметрів колектора, а також режима течії рідини на температуру внутрішній поверхні канала, на коефіцієнт тепловіддачі від стінки до теплоносія, а також розрахувати температуру теплоносія.

5. У результаті проведених експериментальних досліджень нової конструкції колектора отримані значення температури на внутрішній поверхні стінки канала колектора, а також значення температури теплоносія на виході з колектора. Отримане рівняння регресії дозволяє визначити температуру теплоносія та розрахувати ефективність роботи колектора в залежності від зміни визначальних факторів. Визначено необхідне для досягнення максимальної ефективності роботи колектора співвідношення площі концентраторів та площі зовнішньої труби колектора, яке дорівнює 0,37.

6. Ефективність роботи колектора з концентраторами, яка отримана в результаті експеримента, становить 78 - 80 %, що дозволяє використовувати ці колектори для одержання високотемпературного теплоносія.

7. Вдосконалена методика розрахунку нової конструкції сонячного колектора дозволяє обгрунтовано здійснювати підбір таких колекторів при проектуванні нових та реконструйованих систем гарячого водопостачання, опалення та вентиляції.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Паламарчук О. Ю. Оборудование для использования возобновляемых энергоресурсов // V Всеукраїнська науково - практична конференція „ Біосферно - ноосферні ідеї В. І. Вернадського та еколого - економічні проблеми розвитку регіонів.” - Кременчук.- 2005. - С. 92 - 93.

2. Шушляков А. В., Паламарчук О. Ю. Расчет температуры теплоносителя, нагреваемого в коллекторах с концентраторами солнечной энергии // Захист довкілля від антропогенного навантаження. Харків - Кременчук: ПП ШВИДКА.- 2005.- Вип. 11 (13).- С. 127 - 131.

Персональний внесок Паламарчук О. Ю полягає в тому, що вона на основі проведених досліджень запропонувала метод розрахунку температури теплоносія на виході з сонячного колектора.

3. Шушляков А. В., Паламарчук О. Ю. Экологически чистый источник тепловой энергии // Наукові вісті. Спеціальний випуск матеріалів //міжнарадної науково - технічної конференції „Еколого - економічні проблеми Карпатського єврорегіону ”.- Івано - Франківськ: Інститут менеджменту та економіки „ Галицька академія ”.- 2006.- С. 26 - 29.

Персональний внесок Паламарчук О. Ю полягає в тому, що вона визначила галузь застосування сонячного колектора з концентраторами енергії та навела графік розподілу температур по поверхні циліндричного каналу колектора під впливом концентраторів.

4. Паламарчук О. Ю., Шушляков А. В. Особенности конструкции и эффективность работы солнечных коллекторов с концентраторами энергии // Захист довкілля від антропогенного навантаження. Київ Кременчук - Харків: ПП ШВИДКА.- 2006.- Вип. 12 (14).- С. 102 - 109.]

Персональний внесок Паламарчук О. Ю полягає в тому, що вона провела дослідження процесу теплообміну в сонячному колекторі з концентраторами з нерухомим теплоносієм.

5. Шушляков А. В., Паламарчук О. Ю., Байрак Е. Н. Теплообменник с концентраторами солнечной энергии // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету.- 2003.- Вип. 6 / 2003 (23).- С. 11 - 15.

Персональний внесок Паламарчук О. Ю полягає в тому, що вона провела дослідження процесу теплообміну в сонячному колекторі з концентраторами, де теплоносієм є повітря.

6. Шушляков А. В., Паламарчук О. Ю. Использование солнечной энергии для нагрева воды // Нові технології. Науковий вісник Інституту економіки та нових технологій імені Ю. І. Кравченка.- Кременчук. 2004.- №3 (6).-С. 158 - 160.

Персональний внесок Паламарчук О. Ю полягає в тому, що вона запропонувала методику розрахунку температури теплоносія в багатоконтурних сонячних установках, що використовують сонячні колектори з концентраторами енергії.

7. Шушляков А. В., Паламарчук О. Ю. Совершенствование методики расчета солнечных коллекторов // Нові технології. Науковий вісник Інституту економіки та нових технологій імені Ю. І. Кравченка.- 2005. №4 (10).-С. 54 - 58.

Персональний внесок Паламарчук О. Ю полягає в тому, що вона на основі проведених розрахунків визначила характер розподілу температур по поверхні циліндричного каналу колектора під впливом концентраторів при відсутності теплозйому.

8. Шушляков А. В., Паламарчук О. Ю., Байрак Е. Н. Эффективность работы установки для нагрева воды цилиндрическими коллекторами солнечной энергии // Науковий вісник будівництва. - Харків. ХДТУБА. ХОТВ АБУ. 2004. - №28. - С. 260 - 265.

Персональний внесок Паламарчук О. Ю полягає в тому, що вона підготувала матеріали по розрахунку температури теплоносія в багатоконтурних сонячних установках та навела відповідні графіки.

9. Паламарчук О. Ю. Практическое применение солнечных коллекторов с концентраторами энергии // Еколого - економічні, правові та соціальні аспекти охорони навколишнього середовища. Матеріали міжрегіональної конференції. - Полтава. - 2007. - С. 108 - 111.

10. Шушляков О. В., Паламарчук О. Ю. Збереження природних ресурсів шляхом використання сонячної енергії // VII Міжнародна науково - практична конференція „Біосферно - ноосферні ідеї В. І. Вернадського та еколого - економічні проблеми розвитку регіонів.” Тези доповідей. - Кременчук.- 2006. - С. 75 - 76.

Персональний внесок Паламарчук О. Ю полягає в тому, що вона визначила переваги використання сонячного колектора з концентраторами енергії з метою зменшення витрат традиційного палива та забезпечення чистоти навколишнього середовища.

11. Паламарчук О. Ю. Повышение эффективности использования солнечной энергии // II Международный студенческий форум «Образование, наука, производство». - Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова. Сборник тезисов докладов, часть 4 - 2004. - С. 226.

12. Паламарчук О. Ю. Эффективность работы солнечных коллекторов в зависимости от географической широты местности // Людина і довкілля. Проблеми неоекології. Збірник наукових праць. - Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна. - 2006. Випуск 8. - С. 46 - 49.

АНОТАЦІЯ

Паламарчук О. Ю. Підвищення ефективності використання сонячної енергії за допомогою колекторів з концентраторами. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.23.03 - вентиляція, освітлення і теплогазопостачання. - Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури, Харків, 2007.

Дисертаційна робота присвячена актуальній проблемі підвищення ефективності використання сонячної енергії за рахунок вакуумованих колекторів з концентраторами. У даній роботі розроблена і досліджена нова конструкція циліндричного вакуумованого сонячного колектора з концентраторами енергії.

Теоретичні залежності, отримані в дисертаційній роботі, дозволяють за відомими геометричними розмірами сонячного колектора розрахувати температуру теплоносія на виході з колектора.

Проведені експериментальні дослідження температури теплоносія на виході з сонячного колектора з концентраторами, встановлені експериментальні залежності температури теплоносія від часу доби, діаметра концентраторів, швидкості потоку рідини та кроку розміщення концентраторів по твірній та по діаметру колектора. Встановлено потрібне співвідношення загальної площі концентраторів та площі зовнішньої труби колектора для досягнення максимальної ефективності роботи.

Експериментальним шляхом встановлена ефективність роботи колектора, яка становить понад 78-80 %. Доведено, що теоретичні залежності адекватні та можуть використовуватись при розрахунках параметрів теплоносія.

Ключові слова: сонячний колектор, сонячна енергія, геліоустановка, ефективність, температура, теплоносій, теплообмін, гаряче водопостачання, опалення.

АННОТАЦИЯ

Паламарчук О. Ю. Повышение эффективности использования солнечной энергии с помощью коллекторов с концентраторами. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.03 - вентиляция, освещение и теплогазоснабжение. - Харьковский государственный технический университет строительства и архитектуры, Харьков, 2007.

Диссертационная работа посвящена актуальной проблеме повышения эффективности использования солнечной энергии путем применения коллекторов с концентраторами. В данной работе разработана и исследована новая конструкция цилиндрического вакуумированного солнечного коллектора с концентраторами энергии.

Теоретические зависимости, полученные в диссертационной работе, позволяют по известным геометрическим размерам солнечного коллектора рассчитать температуру теплоносителя на выходе из коллектора.

Проведены экспериментальные исследования температуры теплоносителя на выходе из солнечного коллектора с концентраторами, установлены экспериментальные зависимости температуры теплоносителя от времени суток, диаметра концентраторов, скорости потока жидкости и шага расположения концентраторов по образующей и по диаметру коллектора. Установлено требуемое соотношение общей площади концентраторов и площади наружной трубы коллектора для достижения максимальной эффективности работы.

Экспериментальным путем установлена эффективность работы коллектора, которая составляет около 78 - 80 %. Доказано, что теоретические зависимости адекватны и могут использоваться при расчетах параметров теплоносителя.

Ключевые слова: солнечный коллектор, солнечная энергия, гелиоустановка, эффективность, температура, теплоноситель, теплообмен, горячее водоснабжение, отопление.

resume

Palamarchuk O. U. - Manuscript.

The dissertation on competition of a scientific degree of Cand.Tech.Sci. on a specialty 05.23.03 - ventilation, illumination and heat and gas supply. - Kharkov state technical university of construction and architecture, Kharkov, 2007.

Dissertational work is devoted to an actual problem of increase of efficiency of solar energy usage by employment of collectors with concentrators. The new construction of the cylindrical vacuum solar collector with energy concentrators is worked out and investigated in the given work.

The theoretical dependences received in dissertational work, allow calculating the temperature of liquid, heated in collector, by the known geometrical dimensions of collector.

Experimental researches of liquid temperature that is received from collector with concentrators are carried out, and experimental dependences of liquid temperature from the time of day, the diameter of concentrators, the liquid stream speed, the step of concentrator dispose are established. It is also established the requested correlation of general concentrator's area and the area of the collector's external pipe for improvement the maximum work efficiency.

The efficiency of collector work that makes 78 - 80 % is established by experiment. It is proved, that the theoretical dependences are correct and they may be used in the liquid parameters calculation.

Key words: solar collector, solar energy, solar plant, efficiency, temperature, liquid, heat exchange, hot water supply.

Размещено на Allbest.ru