Производительность солнечных нагревателей воды ёмкостного типа с гибким полимерным абсорбером
Солнечный нагреватель воды, в котором конструктивно совмещены солнечный коллектор и аккумулятор горячей воды. Получение энергетических показателей солнечных нагревателей воды ёмкостного типа с полимерными абсорберами и различными конструкциями ограждений.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 02.02.2019 |
| Размер файла | 782,7 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
8
Производительность солнечных нагревателей воды ёмкостного типа с гибким полимерным абсорбером
Ермуратский В.В., Капралов А.И.,
Институт энергетики Академии наук Молдовы
Аннотации
По уточнённой методике расчёта получены энергетические показатели солнечных нагревателей воды ёмкостного типа с полимерными абсорберами и различными конструкциями ограждений.
Ключевые слова: солнечное излучение, нагреватели воды, энергетические показатели.
Energetic indexes of solar capacity-type water heaters with flexible polymer absorbers and different constructions of enclosures using the refined method of calculus were obtained.
Key words: Solar radiation, water heaters.
Основное содержание исследования
Объект. Рассматривается солнечный нагреватель воды (СНВ), в котором конструктивно совмещены солнечный коллектор и аккумулятор горячей воды. Такие СНВ перспективны не только для индивидуальных установок /1,2/, но и для достаточно крупных систем горячего водоснабжения /3/.
Абсорбер солнечного излучения выполняется из чёрной полимерной плёнки толщиной 150-250мкм и представляет собой нижнюю часть ёмкости с водой. Верхняя часть ёмкости изготовляется из одного или двух слоёв прозрачной плёнки. В последнем случае между слоями находится воздух. В качестве материала абсорбера может применяться стабилизированный полиэтилен высокого давления, поливинилхлоридная плёнка, или прорезиненная ткань. На рис.1 показана фотография экспериментального образца безкорпусного СНВ.
Рис.1 Безкорпусной солнечный нагреватель воды с полимерным абсорбером
Более совершенная конструкция получается при размещении полимерной ёмкости в теплоизолированном корпусе. Вариант такой конструкции (фото на рис.2) может иметь такие дополнительные элементы как крышку-рефлектор с теплоизоляцией или без неё, однослойное или двойное прозрачное ограждение. Эти элементы служат для увеличения полезной энергии, получаемой от солнечного нагревателя и повышения его срока службы и надёжности. Если крышку-рефлектор выполнять с теплоизоляцией и уплотнением, то, закрывая её, можно сохранять горячую воду на более позднее время.
Рис.2 Солнечный нагреватель воды ёмкостного типа с полимерным абсорбером и плоскими рефлекторами
Особенностью СНВ с гибким полимерным абсорбером является то, что они должны располагаться в плоскости близкой к горизонтальной поверхности. Второй, более существенный недостаток простых конструкций СНВ ёмкостного типа - это низкая эффективность в дни с переменной облачностью. Однако, учитывая простоту конструкций и малую стоимость таких СНВ, можно предположить их перспективность для широкого применения. Для обоснования этого необходимо знать энергетические и экономические показатели СНВ. К настоящему времени длительные испытания СНВ ёмкостного типа не проведены, поэтому ниже приведены результаты прогноза этих показателей для условий Молдовы. Для расчётов энергетических показателей и характеристик солнечного нагревателя воды ёмкостного типа применены методики, изложенные в работах [4,5]. В её основе лежит эквивалентная электротепловая схема замещения солнечного нагревателя воды, показанная на рис.3.
солнечный нагреватель вода коллектор аккумулятор
Исходные данные для расчётов. В качестве теплоизоляции рассматривался пенополистерол М15 толщиной 50мм. Начальное значение температуры воды в разные месяцы года бралась как среднемесячная температура воздуха [4,5]. Эквивалентная температура атмосферы для расчёта радиационной тепловой проводимости потерь тепла с прозрачного ограждения была принята независящей от времени суток и месяца года и равной - 7 0С. Приведенная степень черноты системы была принята равной 1, а угловой коэффициент 1.
Рис.3 Электротепловая схема замещения СНВ ёмкостного типа.
Такие значения вышеуказанных величин обуславливают некоторое занижение расчётных данных по отношению к экспериментам [4]. Средняя скорость ветра при расчётах полагалась равной 3 м/с. Это значение скорости ветра характерно для ясных дней в течение антициклонов и после прохождения циклонов [4,5]. Положение рефлектора было принято вертикальным и неизменным для всего расчётного периода. Коэффициент отражения рефлектора сr=const=0.78, а коэффициент поглощения абсорбера Кп = 0.92. Исходные данные для расчётов энергетических показателей СНВ приведены в табл.1 и табл.2.
Таблица 1
|
Конструкция СНВ |
стеклянное ограждение, д =3мм |
сотовый поликарбонат, д = 6мм |
Без корпуса с диафрагмой |
|
|
Кпр |
0.89 |
0.82 |
0.89 |
|
|
Кпг |
0.92 |
0.92 |
0.92 |
|
|
Y, Вт/Км2 |
270 |
3.7 |
1600 |
В табл.1 Кпр - это коэффициент пропускания солнечных лучей прозрачным ограждением при нулевом угле падения; Кпг - коэффициент поглощения материала абсорбера; Y - тепловая проводимость прозрачного ограждения.
Таблица 2. Расчётное число дней сезоне с марта по октябрь
|
Nm |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
Nd |
6 |
8 |
12 |
16 |
18 |
18 |
12 |
7 |
Результаты расчётов. На рисунках 3-6 представлены данные расчётов для СНВ, имеющих различные конструкции, для двух уровней воды: 0.07м и 0.1м (нагрузка 70 и 100 л/м2) в период с марта по октябрь. Конструкция 1 имеет прозрачное ограждение из стекла, СНВ с рефлектором; конструкция 2 - прозрачное ограждение из стекла, СНВ без рефлектора; конструкция 3 - прозрачное ограждение из ПК, СНВ с рефлектором; конструкция 4 - прозрачное ограждение из ПК, СНВ без рефлектора; конструкция 5 - СНВ без корпуса и рефлектора с диафрагмой.
конструкция 1 - прозрачное ограждение из стекла, СНВ с рефлектором
конструкция 2 - прозрачное ограждение из стекла, СНВ без рефлектора
конструкция 3 - прозрачное ограждение из ПК, СНВ с рефлектором
конструкция 4 - прозрачное ограждение из ПК, СНВ без рефлектора
конструкция 5 - СНВ без корпуса и рефлектора с диафрагмой
Таблица 3. Сезонная полезная энергия (МДж /м2) и КПД
|
Конструкция СНВ |
Уровень воды 0.07м |
Уровень воды 0.1м |
|
|
1 |
1248 0.53 |
1337 0.57 |
|
|
2 |
880 0.5 |
943 0.53 |
|
|
3 |
1300 0.56 |
1351 0.58 |
|
|
4 |
931 0.53 |
968 0.55 |
|
|
5 |
823 0.46 |
893 0.5 |
Рис.4 Суточные значения полезной энергии (МДж/м2) в разные месяцы при нагрузке СНВ 70л/м2 серия1 - конструкция №5, серия 3 - №2, серия 2 - №3
Рис.5. Суточные значения полезной энергии (МДж/м2) в разные месяцы при нагрузке СНВ 100л/м2 серия1 - конструкция №5, серия 3 - №2, серия 2 - №3
Рис.6 Удельная полезная энергия (МДж/м2) в разные месяцы года при нагрузке СНВ 70л/м2 серия1 - конструкция №5, серия 3 - №2, серия 2 - №3
Рис.7 Удельная произодительность полезная энергия (МДж/м2) в разные месяцы года при нагрузке СНВ 100л/м2 серия1 - конструкция №5, серия 3 - №2, серия 2 - №3
Заключение
1. Солнечный нагреватель воды с рефлектором обеспечивает большую, и более равномерную выработку полезной энергии в течение года, чем СНВ без этого элемента конструкции. Это обусловлено тем, что в весеннее - осенний период, снижение солнечной энергии, падающей на горизонтальную поверхность, частично компенсируется ростом солнечного излучения, отражённого на абсорбер СНВ от вертикального рефлектора.
2. Солнечные нагреватели воды с гибким абсорбером и прозрачным ограждением без корпуса и теплоизоляции энергетически менее эффективные, а также априори менее надёжные, чем СНВ с теплоизолированным корпусом. Однако расходы на их изготовление минимальны. Кроме того, эта конструкция удобна для переносных СНВ. Поэтому для принятия решения о целесообразности их производства необходим анализ и сопоставление экономических показателей рассмотренных конструкций.
3. Энергетические показатели СНВ ёмкостного типа, а также максимальная температура воды существенно зависят от их конструкции, их удельной нагрузки по воде и месяца года. В весенний и осенний период для нагрева воды до более высоких температур необходимо снижение удельной нагрузки по воде (толщины слоя воды), что требует увеличения площади СНВ для обеспечения желательного расхода горячей воды, или применение дополнительного нагревателя, например, ТЭН.
4. Наилучшие энергетические показатели имеет СНВ с рефлектором и прозрачным ограждением из ячеистого поликарбоната, несмотря на его более низкую пропускательную способность по сравнению со стеклом. Это является следствием повышенного термического сопротивления прозрачного ограждения. Учитывая, что этот материал, в отличие от стекла, механически более прочный и более лёгкий, что важно, например, при создании переносных СНВ, его можно рассматривать как наиболее подходящим материалом для прозрачного ограждения.
5. Сезонная производительность СНВ рассмотренных конструкций по горячей воде с температурой от 30 до 70 oC находится в пределах (6-10) m3 на 1м2 площади апертуры.
6. Дальнейшие методические разработки и исследования будут связаны с оптимизацией режимов и размеров чисто солнечных и комбинированных систем горячего водоснабжения, состоящих из солнечных нагревателей воды ёмкостного типа и традиционных источников тепла.
Литература
1. Duffie J.F., Beckman W.A. Solar engineering of Thermal Processes. Second Edition. N-W., 1991. John Willy & Sons.
2. Tsilingiris P.T. Design, analysis and performance of low-cost plastic film large solar water heating systems. Solar Energy 60, 5, 245-256.
3. Харченко Н.В. Индивидуальные солнечные установки. М.: Энергоатомиздат, 1991.
4. Ермуратский В.В., Ермуратский П.В. Уточнённая методика расчёта режимов работы солнечных нагревателей воды ёмкостного типа. Проблемы региональной энергетики. №1.2008.
5. Ермуратский Василий, Ермуратский Владимир, Ермуратский Пётр Эффективность применения плоских рефлекторов в гелиоустановках. Проблемы региональной энергетики. №1.2008.
6. Климат Кишинёва / Под ред. В.Н. Бабиченко, Т.Г. Шевкун / - Л., Гидрометеоиздат, 1982.
7. Лассе Г.Ф. Климат Молдавской ССР Л. Гидрометеоиздат. 1978.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Принцип работы тахометрического счетчика воды. Коллективный, общий и индивидуальный прибор учета. Счетчики воды мокрого типа. Как остановить, отмотать и обмануть счетчик воды. Тарифы на холодную и горячую воду для населения. Нормативы потребления воды.
контрольная работа [22,0 K], добавлен 17.03.2017Область применения солнечных коллекторов. Преимущества солнечных установок. Оптимизация и уменьшение эксплуатационных затрат при отоплении зданий. Преимущества использования вакуумного солнечного коллектора. Конструкция солнечной сплит-системы.
презентация [770,2 K], добавлен 23.01.2015Классификация углеродных нанотрубок, их получение, структурные свойства и возможные применения. Основные принципы работы солнечных батарей. Преобразователи солнечной энергии. Фотоэлектрические преобразователи, гелиоэлектростанции, солнечный коллектор.
реферат [492,8 K], добавлен 25.05.2014Физические и химические свойства воды. Распространенность воды на Земле. Вода и живые организмы. Экспериментальное исследование зависимости времени закипания воды от ее качества. Определение наиболее экономически выгодного способа нагревания воды.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 18.01.2011Солнечно-водородная энергетика. Фотокатализ и фотосенсибилизация. Биофотолиз воды. Основные принципы работы солнечных батарей. Фотокаталитические системы разложения воды. Солнечное теплоснабжение. Перспективы развития фотоэлектрических технологий.
реферат [66,3 K], добавлен 10.07.2008Обоснование выбора способов обработки добавочной воды котлов ТЭЦ в зависимости от качества исходной воды и типа установленного оборудования. Методы коррекции котловой и питательной воды. Система технического водоснабжения, проведение основных расчетов.
курсовая работа [489,6 K], добавлен 11.04.2012Исторические сведения о воде. Круговорот воды в природе. Виды образования от разных изменений. Скорость обновления воды, ее типы и свойства. Вода как диполь и растворитель. Вязкость, теплоемкость, электропроводность воды. Влияние музыки на кристаллы воды.
реферат [4,6 M], добавлен 13.11.2014Обзор существующих методов деминерализации и выбор типа установки для получения обессоленной воды. Экономические показатели схемы получения деминирализованной воды и целесообразность её внедрения в производство на АО "Акрон" взамен существующей.
дипломная работа [904,5 K], добавлен 29.10.2009Распространенность, физическая характеристика и свойства воды, ее агрегатные состояния, поверхностное натяжение. Схема образования молекулы воды. Теплоёмкость водоёмов и их роль в природе. Фотографии замороженной воды. Преломление изображения в ней.
презентация [2,7 M], добавлен 28.02.2011Определение массы и объёма воды, вытекающей из крана за разные промежутки времени. Расчет количества теплоты, необходимого для нагрева воды с использованием различных энергоресурсов. Оценка материальных потерь частного потребителя воды и электроэнергии.
научная работа [130,8 K], добавлен 01.12.2015Исследование структурных свойств воды при быстром переохлаждении. Разработка алгоритмов моделирования молекулярной динамики воды на основе модельного mW-потенциала. Расчет температурной зависимости поверхностного натяжения капель воды водяного пара.
дипломная работа [1,8 M], добавлен 09.06.2013Физические свойства воды, температура ее кипения, таяние льда. Занимательные опыты с водой, познавательные и интересные факты. Измерение коэффициента поверхностного натяжения воды, удельной теплоты плавления льда, температуры воды при наличии примесей.
творческая работа [466,5 K], добавлен 12.11.2013Структурное строение молекул воды в трех ее агрегатных состояниях. Разновидности воды, её аномалии, фазовые превращения и диаграмма состояния. Модели структуры воды и льда а также агрегатные виды льда. Терпературные модификации льда и его молекул.
курсовая работа [276,5 K], добавлен 12.12.2009Принцип работы и конструкция лопастного ротационного счетчика количества воды. Определение по счетчику объема воды, поступившей в емкость за время между включением и выключением секундомера. Расчет относительной погрешности измерений счетчика СГВ-20.
лабораторная работа [496,8 K], добавлен 26.09.2013Подогреватели сетевой воды вертикальные. Расчет средней температуры воды. Определение теплоемкости воды, теплового потока, получаемого водой. Коэффициент теплоотдачи от стенки трубы. Теплофизические параметры конденсата при средней температуре конденсата.
курсовая работа [507,5 K], добавлен 28.11.2012Выбор источника водоснабжения, анализ показателей качества исходной воды. Расчет предочистки и декарбонизатора. Анализ расхода воды на собственные нужды. Методы коррекции котловой и питательной воды. Характеристика потоков конденсатов и схемы их очистки.
курсовая работа [447,6 K], добавлен 27.10.2011Значение воды в природе и жизни человечества. Изучение ее молекулярного строения. Использование воды как уникального энергетического вещества в системах отопления, водяных реакторах АЭС, паровых машинах, судоходстве и как сырья в водородной энергетике.
статья [15,2 K], добавлен 01.04.2011История открытия солнечной энергии. Принцип действия и свойства солнечных панелей. Типы батарей: маломощные, универсальные и панели солнечных элементов. Меры безопасности при эксплуатации и экономическая выгода применения солнечной системы отопления.
презентация [3,1 M], добавлен 13.05.2014Характеристика современных систем защиты от протечек воды. Схема накопления энергии при помощи конденсатора. Разработка структурной и принципиальной схемы датчика утечки воды. Схема преобразователя тока в напряжение на основе операционного усилителя.
курсовая работа [331,0 K], добавлен 09.12.2011Расходы воды в промышленности, в быту и сельском хозяйстве. Использование воды в промышленности для охлаждения и нагревания жидкостей, приготовления и очистки растворов, транспортировки материалов и сырья по трубам. Водопотребление на орошение.
презентация [1,5 M], добавлен 08.04.2013
