Диссертация (1141603), страница 14
Текст из файла (страница 14)
В данный период года солнце находится ниже, асветовой день короче, чем в летнее время, поэтому уже в 15:00 солнце находитсяуже далеко от южного направления. Как видно из рисунка 4.7, T к в солнечныхколлекторах SUN 1 и "Сокол" растет по одинаковым кривым.Таблица 4.7 - Результаты эксперимента в переходный период (10.04.2013)Время,мин0102030405060Тем-ра теплоносителя навходе в коллекторT н , °С"Сокол"12,513,815,015,015,916,215,7SUN 112,513,815,015,015,916,215,7Тем-ра теплоносителя Солнечнаяна выходе изакт-ть Eg,коллектора T к , °СВт/м2"Сокол"13,014,916,117,017,317,717,0SUN 113,015,716,917,618,218,718,2Примечания‐ 863,6881,4818,2700,5755,3468,3390,914:55,переменнаяоблачность,тем-ра воздуха+7°С 90 Температура на выходе из коллекторов, оС20,018,016,014,012,010,0"Сокол" выходSUN 1 выход8,0Вход6,04,02,00,00102030405060Продолжительность эксперимента, мин.Рисунок 4.7 - Изменение температуры теплоносителя на входе и на выходе вовремени (10.04.2013)На 50-й минуте температура начинает падать.
Скорее всего, такая картинаполучилась из-за того, что до 50-й минуты солнечная активность быладостаточной для нагрева теплоносителя. После 50-й минуты солнечнаяактивность значительно снизилась, в связи с чем листы сильно остыли итемпература начала падать. Благодаря тому, что у солнечного коллектора SUN 1два светопрозрачных слоя, его UL меньше, чем у коллектора "Сокол", и егоабсорбер остывает медленнее.
А благодаря меандрообразной форме трубок,TкSUN 1 на протяжении всего опыта была больше, чем у коллектора "Сокол".За 60 минут проведенного эксперимента разница между температурамитеплоносителя на входе в коллекторы на отметке 0 минут и на выходе изколлекторов на отметке 60 минут составила: "Сокол" – 4,5 оС, SUN 1 – 5,4 оС.91 Результаты эксперимента в переходный период (23.07.2013).Результаты представлены в виде таблицы 4.8 и рисунка 4.8.Таблица 4.8 - Результаты эксперимента в переходный период (23.07.2013)Время,минТем-ра теплоносителя навходе в коллекторT н , °С"Сокол"37,238,339,139,840,340,841,20102030405060SUN 137,238,339,139,840,340,841,2Тем-ра теплоносителяна выходе изколлектора T к , °С"Сокол"38,440,040,741,241,541,741,9SUN 139,939,839,740,340,841,242,1Солнечнаяакт-ть Eg,Вт/м2Примечания741,1700,1650,1762,8821,0839,8892,415:00, ясно,тем-ра воздуха+30°С43,0Температура на выходе изколлекторов, оС42,041,040,039,0"Сокол" выход38,0SUN 1 выход37,0Вход36,035,034,033,001020304050Продолжительность эксперимента, мин.60Рисунок 4.8 - Изменение температуры теплоносителя на входе и на выходе вовремени (23.07.2013)Замеры проводились через час после снятия брезента.
Как видно из таблицы4.8, до 20-й минуты эксперимента солнечная активность постепенно понижалась.92 Поэтому температура теплоносителя на выходе из солнечного коллектора SUN 1к 20-й минуте упала на 0,2 оС (рисунок 4.8). Благодаря селективной поверхностина лучепоглощающем листе, температура теплоносителя на выходе из солнечногоколлектора "Сокол" постепенно росла на протяжении всего эксперимента. После20-й минуты эксперимента температура теплоносителя на выходе из коллектораSUN 1 начала расти и к 60-й минуте достигла значения 42,1 оС и продолжиларасти, в то время как интенсивность роста температуры теплоносителя на выходеиз коллектора "Сокол" значительно упала.За 60 минут проведенного эксперимента разница между температурамитеплоносителя на входе в коллекторы на отметке 0 минут и на выходе изколлекторов на отметке 60 минут составила: "Сокол" – 4,7 оС, SUN 1 – 4,9 оС.Вывод: В результате ряда проведенных экспериментов было подтверждено,что меандрообразная тепловоспринимающая труба коллектора SUN 1 позволяетнагреть теплоноситель до большей температуры за тот же промежуток времени.причем в большинстве случаев SUN 1 показывал более высокие результаты, чем"Сокол",площадькоторогобылав2разабольше.Такжебылопродемонстрировано, что двойное остекление и увеличенная толщина тыльнойизоляции SUN 1 существенно повысила его эффективность, снизив тепловыепотери в холодный и переходный периоды года.
В ходе экспериментатемпература теплоносителя на выходе из SUN 1 достигала 35 - 42 оС. Какпоказывает опыт применения систем солнечного теплоснабжения, температуратеплоносителя на выходе из нескольких последовательно подключенныхсолнечных коллекторов может достигать от 50 до 100 оС, что удовлетворяетэксплуатационным параметрам системы отопления [54], [98].Вместе с тем было установлено, что при температуре наружного воздуханиже -15 оС использование плоских солнечных коллекторов в системах отопленияи ГВС нецелесообразно ввиду того, что температура лучепоглощающего листа неподнимается выше 15 оС [99].93 4.2 Расчет основных термодинамических параметров солнечного коллектораSUN 1Расчет термодинамических параметров плоского жидкостного солнечногоколлектора SUN 1 был произведен по формулам, представленным в главах 1-3даннойдиссертационнойработысиспользованиемисходныхданных,полученных в разделе 2.1, а также данных, полученных в ходе испытаний.4.2.1 Полный коэффициент тепловых потерь в солнечном коллекторе SUN 1Какупоминалосьтеплотехническихвсвойствглаве3солнечноговходеэкспериментаколлектораSUN1дляизученияиспользовалсятепловизор.Главным условием тепловизионной съемки является отсутствие солнца,которое может исказить показания тепловизора, поэтому обычно её проводятранним утром до рассвета.
Однако проводить тепловизионную съемку солнечногоколлектора в утреннее время не имеет смысла, т.к. он не получает тепла. В связи сэтим пришлось проводить съемку в дневное время. Из-за этого на переднейстороне и боковых стенках видны солнечные пятна.На рисунках 4.9 и 4.10 представлена тепловизионная съемка SUN 1.Рисунок 4.9 - Изображение передней стороны коллектора SUN 194 Рисунок 4.10 - Изображение задней стенки коллектора SUN 1Благодаря тепловизионной съемке, представленной на рисунках 4.9 и 4.10,видно, что задняя стенка и боковая стенка, находящаяся в тени, практически нетеряют тепло.
Это подтверждает эффективность технических решений поснижению тепловых потерь, примененных в коллекторе SUN 1.По формулам (1.7) и (1.8) можно рассчитать коэффициент тепловых потерьчерез заднюю стенку SUN 1.Ub= 0,27Втм град.2Результат расчета подтверждает показания тепловизора.Из рисунка 4.10 видно, что тепловые потери через боковые стенки весьмамалы, поэтому, как говорилось в разделе 1.2.2, ими можно пренебречь.ДляопределенияполногокоэффициентатепловыхпотерьSUN1воспользуемся формулами (1.7), (1.10), (1.11), (1.12). Результаты расчетов показаныв таблицах 2.1 и 2.2 приложения 2.Среднее значение коэффициента тепловых потерь через верхнюю частьSUN 1 за 39 замеров составило 3,27 Вт/м2∙град, соответственно среднее значениеполного коэффициента тепловых потерь SUN 1 составило 3,54 Вт/м2∙град.Из расчетов заметно, что коэффициент тепловых потерь через верхнюючасть плоского солнечного коллектора зависит не столько от уровня облачности и95 температуры наружного воздуха, сколько от скорости ветра и особенно сильно отколичества светопрозрачных покрытий.
Если бы в солнечном коллекторе SUN 1использовалось одинарное стекло, а не однокамерный стеклопакет, то среднеезначение коэффициента тепловых потерь через верхнюю часть составило бы 6,33Вт/м2∙град., что практически в 2 раза больше. Это снизило бы COP солнечногоколлектора на 16 %. Также необходимо отметить, что UL зависит и оттемпературы лучепоглощающего листа.
Чем больше Tp, тем больше значение UL.4.2.2 Коэффициент теплопередачи от стенки трубы к жидкости в солнечномколлекторе SUN 1Как уже упоминалось в разделе 1.3.2, коэффициент теплоотдачи h зависитот многих факторов: вида и режима движения жидкости, ее физических свойств,размеров и формы стенки, шероховатости стенки.Расчет производился по формулам (1.23) и (1.24).В экспериментальной установке в качестве теплоносителя используетсяэтиленгликоль DIXIS-65 разведенный водой до концентрации с температуройзамерзания от -40 до -45 оС.
Теплофизические свойства этиленгликоля были взятыиз электронного инженерного справочника [100] и из паспорта DIXIS-65.В ходе расчета было установлено, что во всех случаях коэффициентРейнольдса Re не превысил значения 2320. Следовательно во всех 39 измеренияхимел место ламинарный режим, а значит для дальнейших вычисленийиспользовалась формула для расчета критерия Нуссельта при ламинарном режимеприведенная в [65] и [101].
Определяющим размером в данном расчете являетсявнутренний эквивалентный диаметр трубы. Для наглядности экспериментаиспытания коллектора производились при трех разных режимах работыциркуляционного насоса.Результаты расчета сведены в таблицу 2.3 приложения 2.Среднее значение коэффициента теплопередачи от стенки трубы кжидкости составило 707,61 Вт/м2∙град. Таблица 2.3 приложения 2 подтверждает,96 что коэффициент теплопередачи в большой степени зависит от скоростидвижениятеплоносителя.коэффициентаЧемтеплоотдачи.большеПоэтомускорость,тембольшезначениевсеговключатьцелесообразнейциркуляционный насос на максимальный режим.
Также в данной таблицепрослеживается и зависимость от температур жидкости и трубы. Однакотемпературы оказывают меньшее влияние, чем скорость потока.4.2.3 Коэффициент эффективности солнечного коллектора SUN 1Как известно из раздела 1.3.1 эффективность солнечного коллектора F' этоотношение сопротивления переносу тепла от поглощающей пластины коллекторак окружающему воздуху к сопротивлению переносу тепла от жидкости кокружающему воздуху. Поэтому в данной работе при расчете, для наглядности,выражение (1.16) было представлено в виде выражения (1.20), благодаря чему втаблицерезультатоврасчетаэффективностисолнечногоколлектора2.5приложения 2 появляется коэффициент тепловых потерь от теплоносителя кокружающему воздуху Uо, Вт/м2∙град.
Однако перед этим необходимо быловычислить коэффициент эффективности прямого ребра прямоугольного профилясолнечного коллектора SUN 1 по формулам (1.17) и (1.18). Также расчетахиспользовались данные таблиц 2.2 и 2.3 приложения 2.Результаты расчетов сведены в таблицы 2.4 и 2.5 приложения 2.Среднее значение коэффициента эффективности прямого ребра в солнечномколлекторе SUN 1 составило 0,759, среднее значение коэффициента тепловыхпотерь от теплоносителя к окружающему воздуху - 2,632 Вт/м2∙град. и, наконец,среднее значение эффективности SUN 1 составило 0,748.В [102] утверждалось, что эффективность плоского солнечного коллекторапрактически постоянная величина для любой конструкции коллектора и любогорасхода жидкости, однако из таблицы 2.5 приложения 2 видно, что это не так изначение данного коэффициента варьируется от 0,70 до 0,80.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
