Диссертация (1141603), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Для эксперимента использовался плоский жидкостныйсолнечный коллектор «Сокол» (Россия), который на данный момент являетсясамым технологичным и эффективным отечественным плоским солнечнымколлектором. Кроме того на построенном стенде проводится исследованиеработы вакуумного солнечного коллектора HY-CY (Китай).Стенд (Рисунок 3.4) состоит из 2-х плоских коллекторов «Сокол» (5) и SUN1 (10), подключенных к баку аккумулятору (12), а также одного вакуумногоколлектора HY-CY. Имеется два циркуляционных контура: I-ый - коллектор-бакколлектор, II-ой - бак-насос-радиатор-бак.
Вакуумный коллектор, имеющийсобственный ёмкостный водонагреватель, подключен лишь к одному контуру. Впервом контуре может использоваться как вода, так и антифриз, во втором –только вода. В состав установки входят также различные приборы учета, запорная73 арматура, насосы, расширительные баки, а также показательный отопительныйприбор, служащий демонстрацией работы коллекторов. Рисунок 3.4 - Эскиз испытательного стенда солнечных коллекторов: 1 - бакаккумулятор коллектора HY-CY; 2 - рама коллектора HY-CY; 3 - чашкиподставки; 4 - вакуумные трубки; 5 - солнечный коллектор «Сокол»; 6 - выходныепатрубки коллектора «Сокол»; 7 - подставка коллектора «Сокол»; 8 - оцинковка; 9- выходные патрубки коллектора SUN 1; 10 - солнечный коллектор SUN 1; 11 рама коллектора SUN 1; 12 - бак-аккумулятор коллектора SUN 1.Установка задумана как исследовательская и должна служить дляпроведения опытов, связанных с изучением солнечной энергетики и дляиспытаний вновь спроектированных коллекторов.
Также она может выступать каклабораторная установка для изучения сферы альтернативных источников энергиибудущими поколениями студентов, а также будет полезна при проведении курсовповышения квалификации. Однако, как уже упоминалось, основная её задача наданный момент – сравнить изобретенный солнечный коллектор SUN 1 с другимимоделями солнечных коллекторов, т.е. посмотреть качество и эффективность егоработы, а также определить преимущества и недостатки изобретения.74 Рисунок 3.5 - Плоский солнечный коллектор «Сокол» в составе установкиКак уже упоминалось ранее, плоский солнечный коллектор «Сокол»,представленный на рисунке 3.5, разработан и производится с 1990 года нароссийском оборонном предприятии «НПО Машиностроение» и является самойраспространенной отечественной моделью на территории Российской Федерации.Он предназначен для нагрева жидкости-теплоносителя для применения всистемах солнечного нагрева воды, также он может использоваться как основнойили дополнительный нагреватель в системе горячего водоснабжения.
Для нагреважидкости используется энергия прямого солнечного излучения. Данныйколлектор может применяться в системах как с естественной (термосифонноготипа) или принудительной циркуляцией теплоносителя.В конструкции солнечного коллектора (корпус, поглощающая панель)применяются специальные профили из коррозионностойкого алюминиевогосплава. Корпус солнечного коллектора окрашивается в любой цвет методомнанесения полиэфирных порошков в электростатическом поле. Поверхностьколлектора покрыта прозрачной изоляцией из стекла. Под стеклом расположенапанель, поглощающая тепло (абсорбер) и покрытая селективной поверхностью.75 Под абсорбером располагаются медные прямые трубки.
Вся эта конструкцияпомещена в металлический корпус. Нижняя и боковая части коллекторазащищены термоизолятором. Нижняя часть закрыта пластиковой крышкой.Работающие коллекторы не требуют постоянного наблюдения и обслуживания.На тепловоспринимающую панель солнечного коллектора методом вакуумногонапыления нанесено селективное поглощающее покрытие, имеющее высокуюэффективность преобразования солнечной энергии в тепловую.3.2 Методика проведения экспериментаПо причине того, что экспериментальная установка находится на улице, вкачестве теплоносителя в ней применяется концентрированный этиленгликоль стемпературой замерзания - 65оС. Солнечные коллекторы установлены спостоянным углом 52о к горизонту (ориентированы по нормали к географическойшироте местности).Для проведения эксперимента использовались следующие измерительныеприборы:• Погружной контактный термометр Техно-Ас ТК-5.01;• Накладной контактный термометр Техно-Ас ТК-5.01П;• Измеритель солнечной активности TES 1333;• Тепловизор ThermoPro TP8;• Цифровой преобразователь сигнала термометров сопротивления ОВЕНТРМ200-4шт;• Водосчетчик ВСХ-20 – 6 шт.;• Водосчетчик ВСГ-20 – 6 шт.;• Уличный термометр;• Показывающие манометры -10 шт.Дальнейшее описание будет вестись согласно рисунку 3.6.76 Рисунок 3.6 - Принципиальная схема испытательного стенда: 1 - солнечный коллектор SUN 1; 2 - солнечныйколлектор «Сокол»; 3 - солнечный коллектор HY-CY; 4 - ёмкостный водонагреватель; 5 - радиатор; 6 перемычка; 7 - циркуляционный насос; 8 - расходомер; 9 - фильтр; 10 - манометр; 11 - термодатчик; 12 - сливнойкран; 13 - воздухоотводчик; 14 - термометр ёмкостного водонагревателя; 15 - контрольно-измерительныйприбор; 16 - расширительный бак; 17 - кран Маевского; 18 - запорный кран.77 Солнечные коллекторы SUN 1 (1) и "Сокол" (2) соединены с однимёмкостным водонагревателем со змеевиком (4).
Из ёмкостного водонагревателятеплоноситель поступает в радиатор (5), который должен охлаждатьэтиленгликоль как во время эксперимента, так и в период стагнации. К этомуже контуру подключен солнечный коллектор HY-CY (3), который используетсядля отдельных исследований, не связанных с данной диссертационной работой.Эксперимент состоит из нескольких этапов. На первом этапе отдельноисследуется коллектор SUN 1, т.е.
при его работе коллектор «Сокол»отключается. На данном этапе будут собираться данные для расчетатермодинамических характеристик SUN 1.Дляэтоготребуетсявыяснитьнагревательнуюмощностьиэффективность коллектора SUN 1. Для этого необходимо перекрыть запорныекраны (18) на входном и выходном патрубках солнечного коллектора «Сокол»и запустить циркуляционный насос (7) данного контура SUN 1. Далее нужнофиксировать значения температуры теплоносителя на входе в солнечныйколлектор и на выходе из него, которые измеряются датчиками температуры(11) и выводятся на контрольно-измерительный прибор ОВЕН (15).
Расходтеплоносителя можно определить по расходомеру (8), давление в сетиконтролируетсяприпомощиманометров(10),автоматическиевоздухоотводчики (13) и кран Маевского (17) удаляют воздух из трубопроводаи радиатора соответственно, сливной кран (12) служит для заполнения илиопорожнения системы, а фильтры (9) служат для защиты расходомеров отзагрязнения, расширительный бак (16) нужен для защиты трубопровода отразрыва в результате температурного расширения теплоносителя, а перемычка(6) нужна для обеспечения циркуляции в случае ремонта радиатора. Показаниятемпературы, расхода и солнечной энергии (измеряются при помощиизмерителясолнечнойактивности)фиксируютсякаждые10минут.Исследования проводятся в течение часа. Для более точного определениязависимости эффективности солнечного коллектора от гидравлическогорежима необходимо проводить эксперименты на разных скоростях насоса.78 На втором этапе эксперимента нужно выяснить нагревательнуюмощность и эффективность коллекторов "Сокол" и SUN 1 при иходновременной работе.
Данные с этого этапа будут использованы дляпроведения сравнительного анализа.На данном этапе производятся все те же действия, что и на первом,только для двух солнечных коллекторов одновременно.Также при исследовании фиксируются показания температуры, расхода исолнечной энергии каждые 10 минут в течение часа и эксперименты такжепроводятся на разных скоростях насосов. Однако при исследовании солнечногоколлектора SUN 1 дополнительно измеряется его теплопроводность с помощьютепловизора, а также температуры лучепоглощающего листа и стенки трубыпри помощи контактных термометров.В результате экспериментов, проведенных по описанной выше методике,были получены следующие опытные данные:1.
Общие данные:- Энергия, падающая на единицу поверхности, Вт/м2;- Температура наружного воздуха Ta, оС;- Погодные условия.2. Солнечный коллектор "Сокол":- Температура на входе в коллектор T , оС;- Температура на выходе из коллектора T о , оС;- Расход теплоносителя через солнечный коллектор G,м3/ч;3. Солнечный коллектор "SUN 1":- Температура на входе в коллектор T , оС;- Температура на выходе из коллектора T о , оС;- Средняя температура лучепоглощающего листа Tp, оС;- Средняя температура стенки трубы Tст, оС.79 Выводы по главе 3В результате исследований, проведенных в главе 2, были выявленытехнические решения, которые необходимо внести в конструкцию плоскогожидкостногосолнечногоколлекторадлятого,чтобыповыситьегоэффективность в климатических условиях, приравненных к Крайнему Северу.В итоге была разработана новая модель плоского жидкостногосолнечного коллектора SUN 1, имеющая ряд конструктивных особенностей,таких как: меандрообразная форма тепловоспринимающих трубок, увеличеннаятолщина тыльной теплоизоляции, отражающий слой на внутренней сторонебоковых стенок, двойной светопрозрачный слой и разборная конструкциякорпуса, позволяющая производить ремонт гелиоустановки.Для испытания и сравнения данного солнечного коллектора с аналогомбыл разработан и собран стенд, являющийся единственным в ВосточнойСибири.
В качестве аналога был выбран солнечный коллектор «Сокол». Такжедля проведения отдельных исследований в стенд был включен вакуумныйсолнечный коллектор HY-CY. Для проведения экспериментов на даннойустановке была разработана методика. В дальнейшем на стенде можноосуществлять испытания новых моделей солнечных коллекторов, исследованияв области солнечного теплоснабжения, а также лабораторные практикумы состудентами.В следующей главе будут приведены результаты эксперимента, на основекоторых был проведен сравнительный анализ солнечного коллекторов SUN 1 и"Сокол", а также были рассчитаны основные термодинамические параметрысолнечного коллектора SUN 1.80 Глава 4. ИСПЫТАНИЕ И СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СОЛНЕЧНЫХКОЛЛЕКТОРОВ. РАСЧЕТ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВГЕЛИОУСТАНОВКИ SUN 14.1 Сравнительный анализ солнечного коллектора SUN 1 с аналогамиНа испытательном стенде был проведен эксперимент по методике,описанной в главе 3.
Целью данного эксперимента являлось испытаниесолнечного коллектора SUN 1 в климатических условиях города Иркутска вразные периоды года при разных погодных условиях и его сравнение с другимисолнечнымиколлекторами,атакжеполучениеданныхдлярасчетатермодинамических параметров коллектора SUN 1.Сравнениесолнечныхколлекторовпроводилосьпотемпературетеплоносителя на входе в коллекторы и на выходе из них.Анализ представлен в виде таблиц и графиков.Результаты эксперимента в летний период (19.06.2012).Из таблицы 4.1 и рисунка 4.1 видно, что до 30 минуты эксперимента, покасолнечная активность держалась в промежутке 170-200 Вт/м2.Таблица 4.1 - Результаты эксперимента в летний период (19.06.2012)Время,мин0102030405060Тем-ра теплоносителя навходе в коллекторT н , °С"Сокол"20,022,823,724,524,524,524,6SUN 120,022,823,724,524,524,524,6Тем-ра теплоносителя навыходе из коллектора T к ,°С"Сокол"20,524,025,626,126,125,925,9SUN 120,423,324,425,024,924,824,9Солнечнаяакт-ть Eg, ПримечанияВт/м2-178,1188,0201,3120,551,686,666,211:00 , облачно,небольшойдождь, ср.тем-ра воздуха+17°С81Температура на выходе из коллекторов, оС 31,030,029,028,027,026,025,0"Сокол" выход24,0SUN 1 выход23,0Вход22,021,020,019,00102030405060Продолжительность эксперимента, мин.Рисунок 4.1 - Изменение температуры теплоносителя на входе и на выходе вовремени (19.06.2012)Температура теплоносителя на выходе из обоих солнечных коллектороввозрастала по мере прогревания.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
