CC BY
6УДК 631.22.018
ТЕПЛОВОЙ СПОСОБ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ
ЗОХИРОВА ШАХНОЗА МУРОДИЛЛАЕВНА
Старший преподователь, Каршинский гос. Университет, Узбекистан
АЛИЕВА ГУЛЧИРОЙ БОТИР КИЗИ
Студент, Каршинский гос. Университет, Узбекистан
Аннотация: В данной статье рассматривается преобразование солнечной энергии в тепловую, суммарный тепловой поток, поток солнечного излучения, теплоотдачи для вынужденной и свободной конвекции от лучепрозрачной поверхности к окружающей среде, полезный тепловой поток поступающий к теплоносителю, а также КПД гелиоколлектора.
Ключевые слова: количество теплоты, изобарная теплоемкость, начальная и конечная температура, суммарный тепловой поток, поглощенный поток, тепловые потери, оптический КПД, плотность солнечного потока, коэффициент отражения теплопоглащающей панели, коэффициент пропускания лучепрозрачной панели, коэффициенты теплоотдачи.
Введение.
Преобразование солнечной энергии в тепловую обеспечивается системами солнечного отопления. Их характерным отличием от других систем отопления является применение специального элемента -гелиоприемника, предназначенного для улавливания солнечной радиации и преобразования ее в тепловую энергию. По способу использования солнечного излучения системы отопления подразделяют на пассивные и активные.
Пассивными называются системы солнечного отопления, в которых элементом, воспринимающим солнечное излучение, является само здание или его отдельные ограждения (здание коллектор, стена-коллектор, кровля-коллектор и т. п. (рис. 1)). [1]
II _L
7-ТТТТТТТТТТТТТТТ7~Г
Рис. 1. Пассивная низкотемпературная система солнечного отопления «стена-
коллектор»:
1 - лучепрозрачный экран; 2 - черная лучевоспринимающая стена (аккумулятор); 3 - воздушная заслонка
Количество теплоты, аккумулированное в лучевоспринимающем элементе:
Qak = - (1)
где т, Ср, 12, tl - соответственно масса, изобарная теплоемкость, начальная и конечная температура лучевоспринимающего элемета.
Активными называются системы солнечного отопления, в которых гелиоприемник (гелиоколлектор) является самостоятельным отдельным устройством, заполненным теплоносителем.
Гелиоколлектора делятся на плоские и фокусирующие. Наиболее распространенными являются плоские приемники, позволяющие собирать как прямое, так и рассеянное излучение. Плоские гелиоколлектора делятся на простые, содержащие весь объем жидкости, которую необходимо нагреть, и проточные, нагревающие за определенное время только небольшое количество жидкости, которая затем, как правило, накапливается в отдельном резервуаре. [1] Проточный гелиоколлектор представляет собой систему, в которой вода протекает по параллельным трубкам, закрепленным на поглощающей панели (рис. 2).
Рис. 2. Плоский солнечный коллектор: 1 - остекление; 3 - тепловоспринимающая поверхность; 4 - теплоизоляция
Основными элементами плоского проточного солнечного коллектора являются: корпус, где расположена поглощающая панель 1 с каналами для теплоносителя; прозрачная теплоизоляция 2, снижающая потери в окружающую среду через верхнюю поверхность коллектора; непрозрачная тепловая изоляция 3, снижающая потери в окружающую среду через днище коллектора и его боковые грани. [2] Материалы и методы.
Суммарный тепловой поток Q, поступающий к теплоносителю в гелиоколлекторе, определяется балансом
Q=QпOГЛ _ QпOT (2)
где Qпогл, Qпот - поглощенный поток и тепловые потери приемника соответственно. Поток солнечного излучения, поглощаемой панелью приемника, составляет прямой поток и поток, отраженный и возвращенный лучепрозрачной панелью (рис. 3, а):
Фпогл = Ло$пЕ, (3)
^о =тсС(1-рп)(1 + (1-тсС)рп) , (4)
где по - оптический КПД, учитывающий потери гелиоколлектора на отражение солнечного излучения и его поглощение прозрачным покрытием; £п - площадь освещенной поверхности; Е -плотность солнечного потока; Тст - коэффициент пропускания лучепрозрачной панели; рп - коэффициент отражения теплопоглащающей панели. [1]
Фпот ^ПОтС^П ;
(1/^возд + ^ст/^ст + 1/^О.с) ;
авОзд = (0,145 - 0,001ß)Gr0,281+0'0005ß,
Рис. 3. Распределение солнечных лучей (а) и теплового потока (б) в плоском гелиоколлекторе В процессе поглощения температура поглощающей поверхности ¿п повышается (рис. 3, б). Превышение температуры поглощающей панели над температурой окружающей среды ¿о.с приводит к потери тепла от приемника:
(5)
(6) (7)
где &пот= 1 / Я - коэффициент тепловых потерь; Я - термическое сопротивление поверхности приемника; ал, ак - коэффициенты теплоотдачи от теплоприемника окружающей среде излучением и конвекцией; авозд - коэффициент теплоотдачи от поглощающей поверхности к лучепрозрачной; 5ст, ^ст - толщина и теплопроводность лучепрозрачной
1/(273+£ВШд)дА№3
поверхности; =-^—2- - число 1расгофа; р - угол наклона гелиоприемника к
^возд
горизонту, град. [1-3]
После постановки зависимостей теплофизических свойств воздуха от температуры формула для определения коэффициента теплоотдачи от поглощающей к лучепрозрачной поверхности упрощается:
аВозд = (0,145 - 0,001£)(б,58 - 0,00925^озд)Д^281+0'0005^0'0015^-0Д57 (8)
где М - перепад температур между поглощающей и лучепрозрачной поверхностями, 0С; ¿возд, Ь - средняя температура воздуха и расстояние между поглощающей и лучепрозрачной поверхностями.
Коэффициент теплоотдачи для вынужденной конвекции от лучепрозрачной поверхности к окружающей среде
аос = 11,6 + 7^ (9)
где и - скорость наружного воздуха, обдувающего гелиоколлектор. [1] Коэффициент теплоотдачи для свободной конвекции от лучепрозрачной поверхности к окружающей среде
0 33
а0.с = (2,26 - 0,0067£)(^ - tвозд) ' (10)
Результаты и обсуждение.
Полезный тепловой поток, поступающий к теплоносителю, определяется через уравнение теплопередачи
^ = (11) где^ = (5п/Яп + 1/ап) 1- коэффициент теплопередачи от внешней поверхности поглощающей панели к энергоносителю; 5п, ^п, ап - толщина, коэффициент теплопроводности и коэффициент теплоотдачи от поглощающей панели к теплоносителю; = (*;ж1 + ^2)/2 -
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
Impact Factor: SJIF 2021 - 5.81 TECHNICAL SCIENCES
2022 - 5.94
средняя температура теплоносителя; , ¿ж2 - температура втекающей в приемник и вытекающей из него жидкости; SV - площадь внутренней поверхности поглощающей панели.
Коэффициент теплоотдачи от поглощающей панели к теплоносителю для ламинарного режима
П "7 ч
аа=^0Л5Не°ж33РгГ(^)' (12)
иэкв
где Хж, Уж, иж - соответственно теплопроводность, кинематическая вязкость и скорость теплоносителя в канале; ^жв - эквивалетный диаметр канала; Иеж = йэквуж/уж - число Рейнольдса для теплоносителя. [2]
Полезный тепловой поток можно определить через тепло, поглощенное теплоносителем. При нагревании статической массы жидкости
Q=mcx% (13)
при нагревании протекающей жидкости
Q = 0сж^ж2 - гж1) (14)
где G - расход протекающей жидкости; Сж - теплоемкость теплоносителя. Максимальная температура tmax теплоносителя, достигаемая в гелиоколлекторе, определяется из условия Q погл Qпот. Тогда
Ло$пЕ = (.t-max — (15)
Откуда находим максимальную температуру теплоносителя
^max = ЛоЕ/к1Ют + tо.с (16)
КПД гелиоколлектора определяется по формуле:
Л=^ = Ло-Кот^ (17)
где At = ^ - ^.с - разность температур коллектора и окружающей среды. Выводы. На основе результатов теоретического расчета полезный тепловой поток можно определить через тепло, поглощенное теплоносителем или поступающий к теплоносителю в гелиоколлекторе, откуда находим КПД гелиоколлектора.
ЛИТЕРАТУРЫ
1. А. Б. Сухоцкий. Вторичные энергетические ресурсы //Учеб.-Метод. пособие. Минск : БГТУ, 2014. - 174 с.
2. Данилов, О. Л. Использование вторичных энергетических ресурсов / О. Л. Данилов, В. А. Мунц. - Екатеринбург, УГТУ-УПИ, 2008. - 154 с.
3. Н.А. Семененко, Л.И. Куперман и др. Вторичные энергоресурсы и энерготехнологическое комбинирование в промышленности. Киев.: Вища школа. 1979, 296 стр.
4. А.У. Алимбаев. Вторичные энергетические ресурсы в промышленности. Ташкент. ТашГТУ. 1996. 80 стр.
5. Куперман, Л. И. Вторичные энергетические ресурсы и энерготехнологическое комбинирование в промышленности / Л. И. Куперман, С. А. Романовский, Л. Н. Сидельковский. - Киев: Вища школа, 1986. - 303 с.
