Дипломная работа специальность 5В071700 «Теплоэнергетика»

Энергосберегающая солнечная водонагревательная установка

жүктеу 1,9 Mb.

бет	20/21
Дата	27.03.2023
өлшемі	1,9 Mb.
	#41880
түрі	Дипломная работа

1 ... 13 14 15 16 17 18 19 20 21

Байжанов пояснительн1

4.2 Энергосберегающая солнечная водонагревательная установка.

Моральное и физическое старение теплоэнергетического оборудования и систем теплоснабжения заставляют разрабатывать дополнительные оборудования для повышения надежности систем теплоснабжения. В данной работе для повышения надежности разработана солнечная водонагревательная установка, которая позволяет индивидуально обеспечить горячим водоснабжением отдельные объекты централизованного теплоснабжения.
В условиях г. Караганды необходимо обеспечить надежность ситем теплоснабжения. Поэтому была разработана энергосберегающая установка (СВНУ), которая может работать параллельно с централизованной системой ГВС.
Экспериментальный стенд представляет собой солнечную водонагревательную установку с естественной циркуляцией, состоящую из солнечного коллектора (СК), бака аккумулятора и приборов регистрации температур (Рис.1). Для эксперимента использовался солнечный коллектор (СК), площадью 2 кв. метра, Поглощающая панель которого выполнена из параллельно расположенных медных трубопроводов DN10 припаянные к сборным ме ным трубопроводам DN15 (Рис. 2). Пайка осуществляется твердым припоем, увеличивающим прочность изделия и стойкость к высоким температурам, которые могут возникнуть в СК. Медные трубопроводы DN10 обжимаются медными пластинами с селективным покрытием для передачи тепловой энергии с поверхности пластин теплоносителю в трубе. Это покрытие имеет следующие энергетические характеристики: коэффициент поглощения солнечной энергии а - 95% и коэффициент излучения тепловой энергии е = 5%.

Рис.1. Экспериментальная СВНУ 2м2.

Рис.2. Элементы СК.

1-прижимной профиль, 2- уплотнение, 3-поликарбонат 6мм, 4- корпус, 5 -поглащающая пластина с селективным покрытием, 6-трубопроводы DN10.

Корпус СК выполнен из фольгированного полиуретана, закрытого листом 6 мм. поликарбоната. В бак-аккумулятор, изолированный 100 мм слоем изовера и 6 мм энергофлексом, вмонтированы датчики по трем зонам. В первой зоне датчик был размещен на расстоянии 15 см от дна бака, второй датчик в середине бака-аккумулятора и в третьей зоне на расстоянии 15 см от уровня поверхности воды в баке.
Эффективность СВНУ зависит не только от метеорологических и конструктивных параметров СК, но и режима работы: температуры и расхода теплоносителя. Количество полезного тепла, Qn(wl, Вт*ч, вырабатываемое СК в часовом интервале за световой день, находим из выражения [1]:

где: - полезная тепловая мощность СК Вт/м2;
- плотность потока суммарной (прямой и рассеянный) солнечной радиации в плоскости коллектора Вт/м ;
А - площадь СК;
- пропускательная способность прозрачной изоляции;
- поглощательная способность панели коллектора;
- общий коэффициент тепловых потерь, Вт/(м К);
- температура теплоносителя на выходе из СК;
- температура окружающего воздуха, К;
- коэффициент эффективности поглощающей панели;
В своей работе Даффи и Бекман [33] исследовали влияние теплоемкости на режим работы СК. Это влияние обусловлено нагреванием СК от низкой температуры после полудня и колебаниями характеристик в течении дня при изменении внешних факторов. Уравнение баланса энергии для поглощающей пластины, теплоносителя и изоляция нижней поверхности СК было получено авторами [23] в предположении, что они имеют одинаковую температуру, а светопрозрачное покрытие имеет постоянную температуру, отличную от температуры пластины:
;
где (mc)p - эффективная теплоемкость СК.
При циркуляции нужно учитывать только теплоемкость протекающего теплоносителя, поскольку температура пластины не меняется. Если считать, что время равно 1ч., то эффективная теплоемкость будет равна:
;
где: G - расход, л/ч;
- удельная теплоемкость воды, равная 1,16 Вт*ч/л*С°
При условии, что и остаются постоянными в течении одного часа решение уравнения баланса энергии имеет вид [1]:
;
Применение данного уравнения для каждого часового интервала позволит определить температуру СК в функции времени.
Из уравнения определяем выходную температуру СК для каждого часового интервала, для интервала 8-9 часов начальную температуру принимаем равной температуре окружающей среды:
;
Рассчитываем среднюю температуру воды в баке-аккумуляторе при условии, что она распределена равномерно. Отбор тепла не производится. Температуру на входе в СВНУ можно принять равной температуре в баке в предыдущий час, .
Температура в баке в текущий час определяется из уравнения теплового баланса[13]:
;
откуда:
;
Начальная температура в баке-аккумуляторе равна начальной температуре окружающей среды .
Рассчитываем и для девяти часовых интервалов при следующих условиях:
=4,5 Вт-ч/град;
G=2,5 л/ч;
А=2 м2;
V=100л.
Экспериментальные испытания проводились в период выбранных пятидневок. В каждый из пяти ясных дней производилось 9 замеров (температура воды на входе и выходе из СК, температура в баке-аккумуляторе по трем зонам). Значения температур фиксировались двумя солнечными контроллерами Resol BS4.
Полученные расчетные и экспериментальные значения приведены в таблице 1. На основании полученных расчетных и экспериментальных данных определяем количество полезного тепла , вырабатываемого СК и количество аккумулируемого тепла баком аккумулятором по формуле[9]:
;
Результаты изменения температуры по трем зонам и расчетное значение температуры в баке-аккумуляторе приведены на рисунке 2.

На основании таблицы 1 определяем суточный к.п.д. СК и суточный к.п.д. СВНУ:

- суточный к.п.д. СК: ;
;
-суточный к.п.д. СВНУ:
;

Экспериментальные и расчетные данные теплотехнических характеристик СВНУ

Время	Солнечная радиация, Вт*ч		Температура на выходе из СК, 0С		Температура бака-аккумулятора		, Вт*ч		, Вт*ч
Время			Расч.	Эксп.	Расч.	Эксп.	Расч.	Эксп.	Расч.	Эксп.
8-9	1009,1	817,4	23,7	23,6	22,7	23,6	406	417	737	744,8
9-10	1516	1228	30,3	31,0	27,8	28,8	591,6	603,2	1084,5	1078,5
10-11	1821,2	1475,2	38,1	44,0	33,7	34,1	684,4	614,8	1262,9	1212,5
11-12	1939,8	1571,2	46,1	49,2	39,6	43,8	684,4	825	1294,3	1267,8
12-13	1896,3	1536	53,5	52,7	45,0	50,4	626	765	1204	1211
13-14	1725,9	1398	56,6	58,8	49,4	56,1	510,4	661,2	1049,4	1030
14-15	1401,5	1135,2	58,0	59,5	52,0	59,1	301,6	348	789,5	776,6
15-16	1019,8	826	59,2	60,2	53,4	61,5	162	278,4	486,3	477,8
16-17	641	519,2	59,7	60,7	53,35	61,3			188	179,5
17-18	276,5	224	59,3	58,2	53	60,4
Итого	13247,1						3966,4	4512,6	8095,9	7978,5

В результате эксперимента определены теплотехнические характеристики термосифонной СВНУ:

- через 4 часа, после начала эксперимента, достигается расчетная температура 323-328 К и СВНУ работает 5-6 часов в установившемся режиме, при этом отбор воды не производится;
- время зарядки бака-аккумулятора по трем зонам: 1-я зона 5 часов, 2-я зона 7 часов и 3-я зона 8 часов;
- суточное количество полезного тепла, вырабатываемого СК, Вт*ч 7978.5, расчетное - 8095,9, % ошибки - 1,4;
- суточное количество аккумулируемого тепла (энергоемкость) Вт*ч 4512.6, расчетное - 3966,4, % ошибки - 12;
- суточный к.п.д. СК: = 0,6;
- суточный к.п.д. СВНУ: = 0,34.

жүктеу 1,9 Mb.

Достарыңызбен бөлісу:

1 ... 13 14 15 16 17 18 19 20 21