CC BY
12
У процеш комбiнування пружних елементiв один з одним, а також з 1х розташуванням на машинi з метою тдвищення надiйностi роботи, збшьшен-ня продуктивной тощо виникли новi види лоткiв-транспортерiв з рiзними пружними системами. Вiбрацiйнi конвеери досить простi в здшсненш авто-матизацп роботи, тобто в регулюванш режиму транспортування (швидюсть руху, iнтенсивнiсть пiдкидання матерiалу та ш.) вiдповiдно до процесу су-шiння або охолодження.
Проаналiзувавши основш структурнi схеми вiбрацiйних транспорту-ючих машин, можна зробити висновок, що сучаснi технологiчнi процеси в харчовш промисловостi та багатьох iнших галузях потребують обладнання з високою надшшстю, тому актуальним е створення методики шженерних роз-рахункiв i вибору оптимальних параметрiв роботи вiбрацiйного обладнання.
Л1тература
1. Ланець О.С. Розвиток мiжрезонансних машин з електромагнiтним приводом / О.С. Ланець // Автоматизащя виробничих процесiв у машинобудуваннi та приладобудуванш. -2008. - Вип. 42. - С. 124-127.
2. Блехман И.И. Исследования процесса вибросепарации и вибротранспортировки / И.И. Блехман // Инженерный сборник. - 1952. - Т. 11. - 236 с.
3. Вибрации в технике : справочник / под ред. И.И. Блехмана. - М. : Изд-во "Машиностроение", 1979. - Т. 2. - 351 с.
4. Повщайло В. Вiбрацiйнi процеси та обладнання : навч. поабн. / В. Повщайло. - Львiв : Вид-во НУ "Львiвська полггехнжа", 2004. - 246 с.
5. Силин Р.И. Автоматизация производственных процессов в машиностроении : учебн. пособ. - Хмельницький : Вид-во ХНУ, 2004. - 270 с.
Арсиненко НА., Брусенцова М.Ю. Перспективы использования вибротранспортеров
Проведен анализ возникновения вибрационных машин и использования вибрационных процессов в пищевой промышленности. Рассмотрено вибрационное оборудование для транспортировки продуктов. Проанализированы принципиальные схемы вибрационных транспортирующих машин. Приведен детальный анализ вибрационных возбудителей, акцентировано внимание на их достоинствах и недостатках.
Ключевые слова: вибрация, транспортирующие машины, транспортер.
Arsynenro N.O., Brusentsova M.Yu. Future use vibration conveyor
It was analyzed appearance of vibration machines and usage of vibration processes in food industry. Vibrating equipment for transportation of products is examined. Analyzes the basic scheme vibration transporting machines. We give a detailed analysis of vibration agents, focuses on their strengths and weaknesses.
Keywords: vibration, transporting machines, conveyer.
УДК 697.92 Астр. Х.Р. Лесин1 - НУ "Львiвська полтехтка "
АНАЛ1З ЕКСЕРГЕТИЧНО1 ЕФЕКТИВНОСТ1 ТЕРМОСИФОННОГО СОНЯЧНОГО КОЛЕКТОРА ДЛЯ УМОВ ПОМ1РНОГО КЛ1МАТУ
Проаналiзовано сучасний енергетичний стан у свт та окреслено енергоощадш заходи для його покращення, здшснено ж^вняння теплотехшчних характеристик рщинних i жтатряних сонячних систем. Запропоновано конструкщю термосифонного сонячного колектора для будингав котеджного типу. Наведено результати натур-
1 Наук. ке^вник: доц. Желих В.М., канд. техн. наук
них експериментальних дослщжень iз визначення ексерги запропонованого псгатря-ного гелiоколектора та його ексергетичного коефщента. Результати обчислень представлено у графiчному та анал^ичному виглядах.
Ключовi слова: термосифонний сонячний колектор, сонячна система, ексергiя, повпряна система опалення.
Актуальн1сть роботи. Пюля св1тово! енергетично! кризи 1974 р. у бу-д1вельнш та арх1тектурнш практищ велику увагу придшяють економп орга-шчного палива. За сучасних темтв використання природних джерел енергп, !хш запаси можуть вичерпатися вже у найближш 50-100 роюв. Постшне зростання цш на викопш види палива змушуе шукати альтернативш, бшьш дешев1 та вщновлюваш джерела енергп.
Будинок нашого часу мае вщповщати таким вимогам: еколопчшсть; енергоощадшсть; комфортнють проживання та пор1вняно невелика вартють. Зазвичай щ вимоги проспше задовольнити для однородинних будинюв.
Енергоощадшсть досягаеться використанням ефективних 1золяцшних матер1ал1в та технологш. Зазвичай максимальний ефект досягаеться вщ поеднання природних 1золяцшних 1 буд1вельних матер1ал1в та вщновлюваль-них енергш Сонця 1 виру [1].
Одним 1з енергоощадних заход1в об1гр1вання примщень е застосуван-ня повпряних систем 1з пасивним використанням енергп Сонця. Повпряш колектори - це прост плосю конструкцп, що мають чимало переваг над рь динними гелюсистемами. Складносп, як виникають тд час експлуатацп рь динних сонячних систем, пов'язаш з проблемами можливого замерзання ро-бочого тша, його втратами у систем^ короз1ею металевого корпусу та тру-бопровод1в, можливою токсичшстю рщини. Кр1м того, важливо враховувати зм1ну тиску в гелюсистем1, що виникае внаслщок перепаду температур теп-лоношя.
Основним недолжом пов1тря, як теплоношя, е низький коефщент ко-рисно! ди через незначну, пор1вняно з водою, питому теплоемнють 1 густину. Тому для отримання однаково! кшькосп тепла вщ сонячного колектора необ-хщно збшьшувати площу нагр1ву або забезпечити висок швидкосп теплоно-ия за допомогою потужного вентилятора. Це приводить до зростання кат-тальних та експлуатацшних витрат [2].
Упродовж останшх десятилпъ за кордоном здшснюють фундамен-тальш дослщження роботи гелюсистем 1з позицш ексергетично! методологи. Величину, що визначае працездатшсть ресуршв речовини та енергп, було названо ексерпею, а функцп, що визначають !! значення, - ексергетичними. Оскшьки ексерпя е единою м1рою придатносп до ди енергетичних ресуршв, 11 застосування дае змогу об'ективно оцшити джерела енергп будь-якого виду, зокрема 1 вщновлюваних, 1 вторинних.
Що стосуеться конкретно гелюколектор1в, варто зазначити, що вив-чення ексергетчно! ефективносп розпочалося з Альтфелда, який у 1988 р. дослщжував ексерпю та оптимальш геометричш розм1ри каналу сонячного колектора [3]. Генг Лю в 1995 р. представив р1вняння ексергетично! ефектив-носп для повпряних гелюколектор1в з плоскою теплопоглинальною пласти-
ною [4]. Таким чином, на основi анатзу можливостi використання енергп, як параметра працездатносп, було прийнято застосувати ексергетичний коефь цieнт для оцшки ефективност роботи запропонованого термосифонного со-нячного колектора.
Мета та задачi дослщження. Робота спрямована на дослщження ек-сергетично! ефективностi повiтряного сонячного колектора в умовах помiр-ного клiмату.
Експериментальш дослiдження та 1х аналiз. Доотдження проводили для термосифонного сонячного колектора (рис. 1; а, б) з площею тепло-поглинання 1,2 м2 i повiтрям як теплоно^я. Основною особливiстю запропонованого гелюколектора е конструкцiя, яку можна вмонтувати в похилий дах, а також наявтсть утепленого, герметичного корпусу та додаткового шару теп^золяцшного матерiалу для зменшення втрат тепла. Принцип роботи пов^яного гелiоколектора базуеться на парниковому та термосифонному ефектах.
Втрати тепла через днище б) колектора
Рис. 1. Повiтряний гелюколектор для будинку котеджного типу:
а) будова термосифонного сонячного колектора; б) термосифонний гелюколектор
Корпус колектора встановлюють у конструкщю похилого даху, вхщ-ний отвiр та вихщний отвiр розташоват в примщент, що обiгрiваеться. Со-
нячш промеш проходять Kpi3b свiтлопроникну пластину, абсорбуються теп-лопоглинальною пластиною, вiдбуваeться перетворення сонячно! енергп в теплову. Завдяки скляному покриттю теплова енергiя не повертаеться назад у навколишне середовище, в цьому полягае парниковий ефект. Холодне пови-ря з примщення через отвiр надходить в колектор, омивае нагрпу теплопог-линальну пластину, тдшмаеться вгору i нагрiтим повертаеться в примщення через вихщний отвiр, внаслiдок рiзницi температур виникае "термосифонний ефект". Швидкiсть та об'ем повпря, що походить через корпус колектора, ре-гулюються за допомогою заслшок.
Наявнiсть корпусу з удосконаленими характеристиками дае змогу зменшити тепловтрати колектора. Покриття чорного кольору покращуе пог-линання енергп сонця, а вщсутшсть вентиляторiв i повiтропроводiв спрощуе конструкщю сонячного колектора та значно зменшуе експлуатацiйнi витрати.
Першочерговим завданням роботи було дослщження ексергетично! ефективностi запропонованого сонячного повирона^вача для м. Львова протягом опалювального перiоду. Для отримання експериментальних даних в натурних умовах вимiрювали iнтенсивнiсть сонячного випромiнювання, температуру повпря на входi у колектор, а на виходi з пристрою, ^м темпера-тури, визначали i швидкiсть руху теплоносiя. Результати замiрiв фiксували кожнi 10-15 хв. протягом 7 год, за змши площi отворiв колектора.
Кiлькiсть тепла, отримана внаслщок нагрiвання повiтря, що проходить через термосифонний гелюколектор, можна визначити за такою формулою:
Q = Lm ' C p ' (teux — tex}? (1)
де: Q - кiлькiсть отримано! теплоти, Вт; Cp - питома теплоемшсть повiтря, Cp=1005 Дж/(кг-°С); teux- температура нагрiтого вихiдного повпря, °С; tex -температура повпря на входi в колектор, °С; Lm - масова витрата повпря, кг/с.
Lm = 0,278 -10-3 • L -р, кг/с , (2)
де: L - об'емна витрата теплоношя, м3/год; с=1,29 кг/м3 - густина повiтря.
Процес у сонячному колекторi вiдбуваеться у кшька етапiв: сонячнi променi потрапляють на скляну поверхню, проходять ^зь не!; поглинають-ся абсорбуючою пластиною, перетворюються в теплову енерпю та частина втрачаеться через корпус колектора. Значення ексергп розраховують таким чином [5]:
_ Lm ' C p '
(t -1 ) - t • in bux
\leux lex) 1з.п 1111
tex
- tt3n -W, Вт, (3)
tex
де: Ехеш, Ехвх - ексергп, пов'язаш з масовою витратою повiтря на водi та ви-ходi з колектора, Вт; ЕхШ - ексергiя, пов'язана з роботою вентилятора; гзп -температура зовшшнього повiтря, °С; Ш - робота вентилятора.
Оскшьки в цьому випадку дослiджуeмо роботу пасивно! сонячно! систе-ми, у якш вщсутнш вентилятор, робота Ш=0, формула набуде такого вигляду:
Ехп — Ехвих Ехвх — Lm ■ Cp ■
(teux - tex) - t3„ ■ ln I —
tex
Вт.
(4)
Беручи до уваги попередне рiвняння (4), коефщент ексергетично1 ефективност визначаемо за такою формулою:
ПЕх —
Ехп
Lm * C t
F ■ I-y
(teux - tex )- t зп ■ ln f^
F ■ I-I 1
te
2.
■100,%.
(5)
де: F - площа теплопоглинально1 пластини, м ; y - ексергетична ефективнiсть сонячного випромiнювання; I - iнтенсивнiсть сонячного випромiнювання; Вт/м2; te = 4080°С - зпдно з Беджан, 1988 р., температура поверхт Сонця [5].
На рис. 2 показано iзолiнiï ексергп ефективностi, яка залежить вiд змь ни об,емноï витрати теплоносiя, L, м3/год та температури повиря на виходi з сонячного колектора, teux, °С. Хосеп Аджам [5] дослiджував ексергiю сонячного повггрона^вача, використовуючи вентилятор для перенесения повггря-них мас. Внаслiдок зютавлення даних спостерiгаемо схожють результатiв. Отже, можна також здiйснити оптимiзацiю конструкцп термосифонного сонячного колектора, що працюе пiд дiею природних сил.
Рис. 2. Ексергiя ефективност термосифонного сонячного колектора залежно eid змши об'емно'1 витрати теплоноыя та температури нагртого повiтря:
а) iзотерми екеергИ ефективноетг; б) площина екеергИ ефективноетг
На рис. 3 продемонстровано залежшсть ексерги ефективност запро-понованого гелюколектора вщ об,емноï витрати, L, м3/год та перепаду температур пов^я на входi та виходi з сонячного колектора, At, °C. Як видно з номограми, максимальне значення ексергiï ефективност 65 Вт отримано за витрати теплоно^я 47 м3/год та рiзницi температур 14°С. Це значення було одержано за штенсивносп сонячного випромiнювання 1000 Вт/м2, яке харак-терне для весняних мiсяцiв в Украш.
Графiчна залежшсть, функцiонально описана за допомогою комп'ютерно! програми GRAPHER, була апроксимована методом найменших квадратi i набула такого вигляду:
Ex = 2,5-13,0-L + 2,8- At + 11,5-L-At + 4.39L2 + 1.663-L2- At,Вт (6)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 L, м3/год Рис. 3. Залежшсть ексергетично'1 ефективностi термосифонного сонячного колектора вiд об'емног витрати та перепаду температур повтря на входi та виходi 3i сонячного колектора
Висновки. Здшснено анашз сучасно! енергетично! ситуаци та окрес-лено енергоощадш заходи для li покращення, проведено порiвняння тепло-техшчних характеристик рiдинних i повiтряних сонячних систем. Запропоно-вано конструкцiю термосифонного сонячного колектора для будинюв коте-джного типу. Внаслiдок виконаних розрахунюв побудовано iзолiнil ексерг! залежно вщ змiни витрати повiтря та температури його на виходi з колектора. Максимальне значення ексергетичного коефiцieнта запропонованого сонячного колектора становить 7,83 %, що перевищуе значення деяких схожих дослщних конструкцiй. Наприклад, максимальне значення ексергетичного коефщента сонячного повггрона^вача, запропонованого Хосеп Аджамом [5], за штенсивнос^ сонячного випромiнювання 800 Вт/м2 становить 7,4 %. Також отримано графiчну та аналiтичну залежнiсть ексергй термосифонного гелiоколектора вiд рiзницi температури повiтря на входi i виходi з колектора та iнтенсивностi сонячного випромшювання.
Л1тература
1. Дудикевич Ю.Б. Енергоощадн1 котедж1 / методики проектування будин1кв без газу / Ю.Б. Дудикевич. - Льв1в : Вид-во "Сполом", 2011. - 192 с.
2. Такаев Б.В. Разработка воздушного солнечного коллектора с прозрачной тепловой изоляцией и оптимизация систем солнечного теплоснабжения / Б.В. Такаев. - М. : Изд-во "Супрун", 2003. - 155 с.
3. Altfeld K. Second Law Optimization of Flat-Plate Solar Air Heaters / K. Altfeld, W. Leiner, M. Fiebig // Solar Energy. - 2005. - Vol. 41, No. 2. - Pp. 127-132 & 309-317.
4. Geng Liu Y. Exergy Analysis of a Solar Heating System / Y. Geng Liu, A. Cengel, R.H. Turner // Journal of Solar Energy Engineering. - 1995. - Vol. 1173. - Pp. 234-237.
5. Hossein Ajam. Exergetic Optimization of Solar Air Heaters and Comparison with Energy Analysis / Ajam Hossein, Farahat Saeid, Sarhaddi Faramarz // Journal of Thermodynamics. - 2005. - Vol. 8, No. 4. - Pp. 183-190.
6. Возняк О.Т. Основи наукових дослщжень у буд1внищта / О.Т. Возняк, В.М. Желих. -Льв1в : Вид-во НУ "Льв1вська полгтехнжа", 2003. - 173 с.
7. Лесик Х.Р. Визначення теплових характеристик термосифонного сонячного коллектора / Х.Р. Лесик, В.М. Желих // Науковий вюник НЛТУ Укра!ни : зб. наук.-техн. праць. - Льв1в : РВВ НЛТУ Укра!ни. - 2012. - Вип. 22.4. - С. 23-28.
Лесик Х.Р. Анализ эксергетической эффективности термосифонных солнечных коллекторов для условий умеренного климата
Проанализировано современное энергетическое положение в мире и обозначены энергосберегающие меры для его улучшения и сравнены теплотехнические характеристики жидкостных и воздушных солнечных систем. Предложена конструкция термосифонного коллектора для домов коттеджного типа. Представлены результаты натурных экспериментальных исследований по определению эксергии предложенного воздушного гелиоколлектора и его эксергетического коэффициента. Результаты вычислений представлены в графическом виде.
Ключевые слова: термосифонный солнечный коллектор, солнечная система, эксергия, воздушная система отопления.
Lesik Ch.R. Analysis of the exergy efficiensy of thermosiphon solar collectors for mild climate
Reviews the current energy situation in the world and outlines a number of energy-saving measures for its improvement and made the comparison teplotehninyh characteristics of liquid and air sun systems. The construction Thermosiphon solar collector House cottage. Presented results of field experimental research on definition of exergy efficiency of the proposed air solar collector and its coefficient of exergy. Results of calculations are presented graphically and analytically.
Keywords: thermosiphon solar collector, solar system, exergy efficiency, air heating system.
