Аналіз сучасних геліосистем для гарячого водопостачання та сушіння вологих матеріалів Текст научной статьи по специальности «Математика»

УДК 620.9

Озарив I.M., д.т.н., проф., Озарив O.I., асп., Козар B.C., асп., Данчук M.I., асп. ©

НЛТУ Украши, м.Лъвгв

АНАЛ13 СУЧАСНИХ ГЕЛЮСИСТЕМ ДЛЯ ГАРЯЧОГО

ВОДОПОСТАЧАННЯ ТА СУШ1ННЯ ВОЛОГИХ МАТЕР1АЛ1В

У po6omi наведена класифшащя сонячних систем за принципом i'x конструювання. Розглянуто oco6nueocmi гелюсистем. Проанал1зовано вплив р1зних фактор1в на ефектившстъроботи цих систем.

Використання сонячного випромшювання, зокрема його шфрачервоного д1апазону, е одним i3 чистих, простих та натуральних cnoco6iB отримання теплово! енерги. Тому з допомогою спещальних пристро!в (сонячних терм1чних колектор1в) можна обкр1вати житлов1 будинки, басейни, а також використовувати в промисловост1 (наприклад, для сушшня вологих матер1ал1в рослинного походження) та побутг Використання eHeprii' сонячного випромшювання здатне зменшити варткть побутового нагр1вання води до 70%. У зв'язку з тим, що сонячна енерпя е нестабильною в 4aci, то гелюколектори майже завжди пщключеш до акумулятора поглинено! теплово! eHeprii', який накопичуе корисну енергш. Адже гелюсистеми без акумулювання тепла е менш ефективними.

Слщ зазначити, що на сьогодш ¿снуе безл1ч BapiaHTiB гелюенергетичних систем. Теплова сонячна енерпя, яку виробляють так1 системи, е обмеженою i зал ежить вщ таких фактор1в: карти сонячно! рад1аци територи регюну, ступеня ясност1 дня, температури холодно! води i навколишнього пов1тря, конф1гураци гелюсистеми та!! конструктивних особливостей тощо.

Необхщно вщзначити, що у зв'язку ¿з штенсивним розвитком технологи сонячно! енергетики в CBiTi з'явилося безл1ч конструктивних pimeHb i BapiamiB гелюсистем. 1х класифшують за р1зними критер1ями оцшки (рис.1). В данш класифжаци поданий тшьки укрупнений список часто використовуваних на практищ BapiaHTiB гелюсистем, як1 можна усшшно використовувати в кл1матичних умовах Укра!ни.

Ми не будемо розглядати пов1тряш системи, тому що це досить широка тема. Також вщкинемо системи, де роз1гр1вання води в бащ здшснюеться сонячною енерпею безпосередньо через його стшки («сонячний бак»), тому що в спрощеному вигляд1 щ системи не е ефективними i нав1ть е небезпечними, бо при температурах, до яких може нагрейся вода (36...40°), дуже штенсивно розмножуються бактери, яю викликають р1зномаштш хвороби. А бшьш ефективш i технолопчш гелюсистеми (тепло1зольоваш i засклеш) не одержали широкого поширення через ряд причин.

© Озарив I.M., Озарив O.I., Козар B.C., Данчук M.I., 2012

258

Будь-яку систему сонячного теплопостачання бажано конструювати ¿з акумуляторами сонячно! енерги, хоча кнують системи, в яких акумулятор вщсутнш.

Рис.1. Класифжащя гелшсистем за принципамиТх конструювання.

Оскшьки надходження сонячно! енерги не е стабшьним в чаЫ, то так1 системи не рекомендуеться розраховувати на стутнь покриття вщ Сонця бшьше 10%. Так1 системи мають дуже вузьку специфжу щодо !х використання, у зв'язку з чим ми не будемо !х розглядати.

Найбшьшого поширення через свою ушверсальшсть, ефектившсть, гнучккть I зручшсть отримали рщинш гелюсистеми ¿з акумулятором теплово! енерги (баку з водою чи специальною рщиною), в яких е окрем1 елементи ¿з ч1тко визначеними функщями: сонячний колектор (здшснюеться поглинання I пертворення сонячно! енерги), акумулятор теплово! енерги (поглинання, накопичення I збереження енерги), з'еднувальний трубопровщ (доставка енерги ¿з мш1мальними !! втратами до акумулятора).

Слщ вщзначити,що сонячне випромшювання перетворюеться в корисну енергш за рахунок використання активних та пасивних сонячних систем. До активних гелюсистем вщносять терм1чш колектори (поглиначьакумулятори, в яких сонячне випромшювання перетворюеться в теплову енергш) I

259

фотоелектричш елементи (сонячш батаре!, в яких сонячне випромшювання перетворюеться безпосередньо в електроенергш).

Необхщно зауважити, що гелюсистеми дозволяють заощаджувати до 75% традицшного палива, яке необхщне для опалення примщень.

Вщзначимо, що системи сонячного теплопостачання е одними ¿з найбшьш надшних та довгов1чних за умови, якщо вони були правильно розраховаш \ використовувалося ефективне та яюсне устаткування, а також були яккно змонтоваш. Адже, будь-яка помилка може привести до того, що спроектована гелюсистема не буде виробляти бажану кшькють теплово! енергп чи взагал! вийде швидко з ладу. Наголосимо, що сонячне теплопостачання передбачае великий наб1р метод1в, що роблять ктотний внесок у сучасш потреби в енергп. В перспектив! потенщал використання сонячно! енергп може бути нав1ть вищим у випадку, коли буде подолано певш техшчш проблеми акумулювання тепла. Якщо загальну потребу в тепл1 враховувати в загальному енергетичному баланс!, то сонячна енерг!я виявиться одним ¿з головних вид!в поновлювано! енергп.

Важливо також мати представления про енергетичш потоки, як! кнують кругом буд!вл! (житлового будинку чи гелюсушарки). Для цього сл!д враховувати вплив сонячного випром!нювання на дану територш, тип грунту, рослинн!сть, напрям пануючого в!тру.

Для Укра!ни, як держави, що знаходиться в П!вн!чн!й твкул!, важливим е також дотримання принципу правильного вибору ор!ентац!! прозорих огороджень (як правило ор!ентац!я зд!йснюеться на швдень, бо в першу чергу п!ддаються впливу сонячних промен!в саме так! об'екти).

Теплова маса (акумульоване сонячне тепло) за рахунок стш або запас!в нагр!то! води е також досить важливим елементом споруди, що забезпечуе поглинання оточуючого тепла на протяз! дня ! подальше його використання вноч!. При цьому добра тепло!золяц!я споруди (будинку, сушарки) також м!н!мал!зуватиме втрату тепла через огородження (ст!ни, дах тощо).

При проектуванш споруд ¿з пасивною сонячною системою сл!д не забувати також ! про природн! теплов! потоки. Адже, вщомо[2], що тепле пов!тря п!дн!маеться вгору за рахунок власно! мало! густини (пор!вняно ¿з холодним пов!трям). Тому, переважно, з допомогою використання верхн!х п!д!гр!тих зон можна також зекономити достатню к!льк!сть теплово! енергп.

Одноконтурш, як ! двохконтурш системи ¿з природною чи примусовою циркуляц!ею е на сьогодн! найбшьш поширеними. В одноконтурних системах в сонячш колектори надходить для названия саме та вода, що витрачаеться з баку-акумулятора. До основних переваг одноконтурних систем сл!д в!днести простоту системи водонагр!вання, можлив!сть отримати найвищий ККД системи в ц!лому. До недолтв одноконтурних систем сл!д вщнести так!:

- висок! вимоги до якост! нагр!то! води (бажано низька жорстк!сть ! висока як!сть). На стшках канал!в гел!околектора ¿нтенсивно осщають сол!, сам! канали можуть бути забруднеш см!ттям, що призводить до значного зменшення коеф!ц!ента теплов!ддач! ¿, нав!ть, до певного виходу з ладу;

- п!двищена короз!я за рахунок пов!тря, що розчинене у вод!;

260

- майже повна нездатшсть нормально! роботи при мшусових температурах, що призводить до розриву труб;

- досить низький ефективний термш експлуатаци системи (не бшьше 3-5 роюв).

В двохконтурних системах в самому контур! сонячних колектор1в знаходиться спещальний теплоносш (незамерзаюча нетоксична рщина, що волод1е антикорозшними та антисшнюючимим властивостями) або пщготовлена звичайна вода. При цьому теплова енерпя вщ теплоноЫя подаеться вод! за допомогою теплообмшника (наприклад, стрально! трубки в тобто «зм!евик» або зовшшнш теплообмшник «бак у бащ» [2]). Основними перевагами двохконтурних систем е таю:

- значне зростання надшност! роботи системи (сонячш термоколектори постшно в доброму сташ, тому що немае випадання солей i намивання

бруду);

- можлив1сть безпечно! роботи системи при мшусових температурах;

- сонячш колектори не вимагають додаткового обслуговування;

- б1льш тривалий i гарантований ефектвний терм1н експлуатац1!.

Разом з тим, до недолшв двоконтурних систем слщ вщнести незначне зниження ефективност1 роботи гел1осистеми через наявн1сть додаткових втрат у колекторах та трубопровод!, а також використання незамерзаючого теплоноая значно noripmye ефективн!сть гел!осистеми через бшьш низьку його теплопров!дн!сть (пор!вняно з водою).

Таким чином, саме двоконтурн! системи можуть довгостроково й ефективно та над!йно працювати на всш територ!! Укра!ни.

Л1тература

1. Застосування сонячно! eHepri! у житловому господарств! та деревообробц!: Наукове видання / Озарк!в I.M., Мисак Й.С., Криницький Г.Т., Максим!в В.М., Копш Л.1., Соколовський I.A., Озарк!в O.I., Козар B.C. - Льв!в: НВФ «Укра!нськ! технолог!!»,2012-338с.

2. Озарк!в I.M., Сорока Л.Я., Грицюк Ю.Я. Основи аеродинам!ки i теплообм!ну: Навч.пос!бник - Ки!в: 1997. - 280с.

Summary

I.M. Ozarkiv, prof., O.I. Ozarkiv, post-graduate, Y.S. Kozar, post-graduate, M.I. Danchuk, post-graduate NUFWT of Ukraine, Lviv ANALYSIS OF CURRENT HELIOSYSTEM FOR HOT WATER AND DRYING MOIST MATERIALS In this paper classification of solar systems because of their design. The features heliosystem.The influence of various factors on the performance of these systems.

Рецензент - д.т.н., професор Щж Б.Р.

261