CC BY
15
2. Сергоский П.С. Гидротермическая обработка и консервирование древесины / П.С. Сергоский, А.И. Рассев. - М. : Изд-во "Лесн. пром-сть", 1987. - 360 с.
3. Стерлин Д.М. Сушка в производстве фанеры и древесно-стружечных плит / Д.М. Стерлин. - М. : Изд-во "Лесн. пром-сть", 1976. - 38 с.
4. Бшей П.В. Сушшня та захист деревини : тдручник / П.В. Бшей, В.М. Павлюст. -Львiв : Вид-во "Кольорове небо", 2008. - 312 с.
5. Бшей П.В. Установка для сушшня шпону / П.В. Бшей, В.М. Павлюст, Б.1. Приставсь-кий // Патент на корисну модель № 66126 Бюл. № 24 вщ 26.12.2011.
6. Бшей П.В., Павлюст В.М., Приставський Б.1. Агрегат теплово! енерги сушильних установок для деревини / П.В. Бшей, В.М. Павлюст, Б.1. Приставський // Патент на корисну модель № 65688 Бюл. № 23 вщ 12.12.2011.
Билей П.В., Приставский Б.И.Анализ эффективности конвективной сушки древесины
Рассмотрена эффективность использования разных агентов сушения (топочных газов и атмосферного воздуха) в процессе конвективного сушения пиломатериалов, шпон и измельченной древесины. Описана методика определения удельных расходов теплоты на испарение 1 кг влаги, по которым можно обосновать эффективность процесса сушения.
Ключевые слова: удельная затрата теплоты, нагревание, испарение, древесина, влажность, температура, удельная теплоемкость, эффективность.
Bilej P. V., Pristavskyy B.I. Efficiency analysis of convective wood-
drying
Efficiency of the use of different agents of drying (fire-box gases and atmospheric air) is considered in the process of the convective drying of saw-timbers, lead and the ground up wood. The method of determination of specific charges of warmth is described on evaporation 1 kg of moisture, after which it is possible to ground efficiency of process of drying.
Keywords: specific expense of warmth, heating, evaporation, wood, humidity, temperature, specific heat capacity, efficiency.
УДК 662.997 Доц. В.М. Желих1, канд. техн. наук;
проф. Б.Р. Цж2, д-р техн. наук; аспгр. Б.1. ПЬзнак1
ОПТИЧН1 ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛ1МЕРНИХ СОНЯЧНИХ КОЛЕКТОР1В
Подано результати дослщжень оптичних характеристик полiмерного сонячного колектора на основi стшьниково! полжарбонатно! плити. Визначено вплив рiзних ви-дiв теплоноая i конструкцш полiмерних сонячних колектс^в на ефектившсть !хньо-го св^лопропускання та св^лопоглинання при 3Mirn довжини хвилi випромшювання.
Ключовг слова: сонячний колектор, теплоносш, коефщент св^лопропускання, довжина хвил^ стшьниковий полжарбонат.
Актуальшсть роботи. Важливють сонячно! енергетики було недоощ-нено протягом тривалого часу, але у зв'язку з тдвищенням щн на енергоно-сп, !х майбутшм дефщитом i розвитком сонячних технологш, у найближчому майбутньому можна передбачити поширення використання енергл сонця. За ощнками шмецько! промислово! групи "Bundesverband Solarwirtschaft", очь
1 НУ '^bBiBCbKa жштехшка";
2 Львiвський нацiональний ушверситет ветеринарно! медицины та б^ехнолопй iM. С.З. Гжицького
куеться збшьшення частки поновлюваних джерел енергп для гарячого водо-постачання та опалення. Гелюсистеми призначенi для забезпечення гарячою водою в теплий i перехщний перiоди року, що становить близько 60 % спо-живання теплово! енергп. Використання сонячно1 енергп для отримання тепла е випробуваною i перевiреною технолопею, що вже використовуеться протягом десятилiть. На рис. 1 показано зростання кшькост встановлених колекторiв на територп США залежно вiд зростання цiни на нафту [1].
О -1-----I--I—|——г--:—ч----—-— о
20О0 1001 20О2 2003 2001 2005 1006 2007 2008 2004 2010. р1к
ВСТШЕЭШШВ ПОТуЖШСТЪ ХчТрмлер У и. >'.,'.
ЦОЩРППЛ - < р;>И |Ч; п 1V
Рис. 1. Зктавлення тепловоЧ потужност1 встановлених сонячних колекторiв у США залежно вiд коливання вартостг нафти
Мiжнародний ринок сонячних колекторiв сильно прогресуе в останш роки: особливо в Кита!, США та Сврот, виготовлення та введення в експлу-атацiю гелiоустановок швидко зростае. Однак двi основнi проблеми, як об-межують використання сонячно! енергп у великих масштабах: енергоемнють i вартiсть технологiй виготовлення сонячних колекторiв. Основна частка встановлених у всьому свiтi сонячних колекторiв складаеться iз вакуумних i плоских. Обидва типи на цей час е трудомютю i дорогi у виробнищв та пот-ребують рiзних видiв матерiалiв.
Найпоширенiшим на сьогоднi е використання мщних абсорберiв для плоских сонячних колекторiв. Вмiст мiдi у поглинаючш пластинi звичайного плоского колектора змшюеться вiд 2 до 6 кг/м2. Оптимальна кiлькiсть мiдi, що використовуеться у трубках, у теплообмшниках та сонячних колекторах загалом, становить 5 кг/м2. Кожен квадратний метр колектора забезпечуе 300 кВт-год/рж. Отже, для забезпечення 1 МВт-год/рж теплово! енергп необ-хщно 16,5 кг мда. Таким чином, для замши споживання традицшних енерго-ресурсiв на 1 % енерпею сонячного випромшювання необхiдно 22 млн т мда, а щорiчне виробництво мiдi у свт становить близько 15 млн т. Потреба у ви-користанш нових матерiалiв очевидна. Алюмшш, сталь та iншi метали бу-дуть використовуватися бiльше, полiмернi матерiали теж потрiбно розгляда-ти як альтернативу. Основними перевагами використання виробiв iз полiме-рiв е: !х низька вартiсть, маса та собiвартiсть продукцп. Остання властивiсть е найважлившим фактором у виборi полiмерних матерiалiв, оскiльки вони мо-жуть виготовлятися через лиття шд тиском або екструзiею.
Полiмери можуть вiдiгравати важливу роль у подальшому розвитку використання сонячно! енергп. 1х застосування потенцшно знизить вартiсть
виготовлення сонячних колекторiв, полегшить обробку, зменшить масу i пок-ращить дизайн порiвняно з матерiалами, що використовуються на цей час.
Важливим завданням е розроблення термосифонних сонячних тепло-вих систем на основi полiмерних плоских колекторiв, якi призначенi для ш-теграцп в оболонку будiвлi. Новi полiмернi матерiали i 1х застосування в сонячних теплових системах визнають ключовими технологiями для розвитку сонячно1 теплово1 промисловостi. З'являються додатковi ринки збуту для сонячних колекторiв, як можуть виконувати функцп конструктивних елементiв зовнiшнiх захищень будiвель.
Мета та задач1 досл1джень. Ощнити можливiсть використання поль мерних матерiалiв як основи для нових конструкцш сонячних колекторiв. Встановити вплив теплоношя на оптичнi характеристики полiмерного СК.
Постановка задачь Полiмернi матерiали для використання 1х у конструкцп сонячних колекторiв повиннi вiдповiдати низцi вимог: матерiали свiтлопрозорого захищення мають протистояти тривалому сонячному ультрафiолетовому випромшюванню; мати високий коефщент свгглопропус-кання i протистояти механiчним впливам навколишнього середовища; абсорбер повинен витримувати дш пiдвищених температур i робочого тиску теп-лоносiя. Як матерiал, придатний до використання в конструкцп сонячних ко-лекторiв, найчастiше обирають полжарбонат.
Стiльниковi полiкарбонатнi панелi мають високий коефщент свгглоп-ропускання (83-90 %) залежно вiд товщини листа i зберiгають сво1 властивос-тi за температури вщ -40 0С до +120 0С.
Вони витримують значш вiтровi та снiговi навантаження, мають висо-ку ударну мiцнiсть та низький клас горючостi (Г-1). Сучасш полiкарбонатнi панелi виготовляють зi спещальним покриттям, що запобiгае потраплянню ультрафюлетового випромiнювання усередину структури панелi. Ультрафь олетовi промеш, як е найбшьш руйшвними, практично не проходять через щ захиснi покриття. Мала питома вага зменшуе вартiсть доставки, оброблення i монтажу цього матерiалу. З точки зору ефективносп, найбiльшою проблемою полiмерних сонячних колекторiв е те, що матерiал абсорбера е менш теплопровiдним за метали. Однак це може бути компенсовано за рахунок оп-тимiзацil форми колектора.
Тепловий ККД сонячних колекторiв тюно пов'язаний iз ефективнiстю поглинача тепла. Це залежить не тiльки вщ здатностi поглинати сонячну енергiю, але i вiд здатностi передавати цю енерпю до рiдини теплоносiя. Тому було запропоновано конструкщю полiмерного сонячного колектора на ос-новi прозоро1 тришарово1 стшьниково! плити i теплоносiя - зафарбовано1 води. Оскшьки плита полiкарбонату е прозорою, то поглиначем тепла е сам теплоносш, що лжвщуе проблему низько1 теплопровiдностi полiмерiв, а його вибiр мае вирiшальне значення. До того ж, така конструкщя сонячного колектора дае змогу легко вмонтовувати його в зовшшш захищення будiвель. Тому виникла потреба дослiдити рiзнi види теплоносiя на свiтлопроникнiсть.
Для проведення дослщжень оптичних характеристик запропоновано! конструкцп сонячного колектора було тдготовано зразки з декшькома вида-
ми теплоношя: водою, зафарбованою пiгментним барвником; дистильованою водою та розчином тосолу (рис. 2).
Рис. 2. Зразки для достдження св1тлопропускання сонячних колектор1в:
1) одношаровий заповнений тосолом; 2) одношаровий заповнений дистильованою водою; 3) одношаровий заповнений повтрям; 4) одношаровий заповнений тгмен-тним барвником; 5) двошаровий заповнений барвником; 6) тришаровий заповнений
барвником
Зразки, яю були наповнеш водою, зафарбованою в чорний колiр, було виготовлено трьох видiв: одношаровий; двошаровий, у якому порожнш шар слугуе тепловою iзоляцieю та тришаровий, у якому через внутршнш шар пропускаеться теплоносш, а зовшшш шари вщповщно виконують роль свгт-лопрозорого захищення та тепловоï iзоляцiï.
Експериментальш досл1дження. Дослiди проводили на спектрофо-тометрi Specord 400 (рис. 3) з робочим дiапазоном довжини хвилi вiд 185 до 900 нм, оскшьки у спектральнiй областi менше нiж 200 нм вiдбуваеться ш-тенсивне поглинання свiтла киснем повпря. А довжина хвилi вiд 00 нм до 900 нм вщповщае короткохвильовому iнфрачервоному випромiнюванню -саме воно становить тепловий спектр сонячного випромшювання i е визна-чальним у дослщженш сонячних колекторiв.
Рис. 3. Фото спектрофотометра Specord 400
На рис. 4 зображено принципову схему роботи спектрофотометра. Джерело свила випромшюе лшшний спектр, що мютить потрiбну лiнiю еле-мента, який визначаеться. В атомiзаторi проба перетворюеться в атомнi пари, що поглинають свiтло вiдповiдноï довжини хвилi. Внаслщок атомного поглинання початкова штенсившсть випромiнювання (1о) зменшуеться до штен-
сивносп светла, що пройшло крiзь дослiджуваний зразок (I). Монохроматор видiляe вузьку спектральну смугу (0,2.. .2 нм), у якш знаходиться вимiрювана спектральна лiнiя елемента, що визначаеться. Детектор перетворюе свиловий потiк в електричний сигнал, що обробляеться у реестровому пристро! так, щоб на виходi атомно-абсорбцiйного спектрометра рееструвалася величина поглинання. Реестровий пристрш синхрошзований з модулятором i реагуе лише на перiодичний сигнал джерела. Таким способом унеможливлений вплив випромшювання атомiзатора - воно постiйне.
Рис. 4. Принципова схема спектрофотометра:
1) джерело живлення; 2) джерело свтла; 3) модулятор; 4) атомiзатор;
5) монохроматор; 6) детектор; 7) тдсилювач; 8) показуючий пристрт
Проводили дослщження експериментальних зразюв на свгтлопропус-кання i свилопоглинання залежно вщ довжини хвилг Для того, щоб визначи-ти, якi спектри будуть отримаш, дослiджували свiтлопропускання крiзь ко-мiрку, яка складаеться з полжарбонатно! плити, у сотах яко! знаходиться роз-чин свгтлопоглинаючо! речовини. Результати експерименпв зображено гра-
фiчно на рис. 5 i 6 вiдповiдно.
%
120-1-------
300 500 700 900
Довжина хен.ш ш
Рис. 5. Свiтлопропускання зразшв вид довжини хвилг: 1) одношаровий заповнений тосолом; 2) одношаровий заповнений дистильованою водою; 3) одношаровий по-рожтй; 4) одношаровий заповнений тгментним барвником
З рис. 5 можна побачити, що для ушх зразюв свилопропускання до 380 нм е однаковим - це означае, що в цьому спектрi сонячне свило практично повнютю поглинаеться полжарбонатом; а вщ 380 до 900 нм полжарбонат пропускае 82-85 % сонячного випромшювання. Якщо порiвняти зразок 2 i 3,
то можна побачити що зразок, заповнений дистильованою водою, пропускае бiльше свiтла, шж заповнений повiтрям. Це пояснюеться заломленням свiтла при проходженнi крiзь воду. Розчин тосолу пропускае значно бшьше светла, нiж пiгментний барвник, хоча на промiжку вiд 600 до 650 нм його свгглопро-пускання становить лише 20 %. Найбшьш ефективним з точки зору погли-нання виявився розчин пiгментного барвника, який пропускае лише 5 % со-нячного випромiнювання по всш довжинi хвилi.
Оскiльки свiтлопропускання зразюв заповнених пiгментним барвни-ком високе, то лшп свiтлопропускання знаходяться близько одна вщ одно! i необхщш додатковi дослiдження, щоб порiвняти властивосп цих зразкiв. Три зразки, заповнеш розчином пiгментного барвника: одношаровий, двошаровий i тришаровий, дослiджували на свгтлопоглинання, результати дослiдiв наведено на рис. 6. Стутнь поглинання светла характеризуеться оптичною густиною (А), що реалiзуеться такою формулою Ламберта - Бугера - Бера [1]:
А = (1)
де: 10 - початкова iнтенсивнiсть випромшювання; I - штенсивнють свiтла, що пройшло крiзь дослiджуваний зразок.
О '
о-----------
500 Й00 700 800 900
Дон Ж ИНН XBIini ™
Рис. 6. Ceimjwno¿rnHaH^ зразКв залежно eid довжини хвиМ: 1) одношаровий заповнений барвником; 2) двошаровий заповнений барвником;
3) тришаровий заповнений барвником
Зпдно з отриманими результатами, bcí три зразки мають висок показ-ники свилопоглинання у всьому дослiджуваному спектрi довжини хвилi. Але тришарова конструкцiя е бiльш ефективною з точки зору стiйкостi до теплов-трат сонячного колектора, оскшьки зовнiшнi ii шари запобiгають втратам теплоти, саме тому було запропоновано сонячний колектор на основi триша-рово1 полжарбонатно! плити (рис. 7). У ньому верхнiй шар виконуе роль сви-лопрозорого захищення, через середнш шар проходить теплоносiй - розчин шгментного барвника i вш слугуе абсорбером, а нижнiй шар виконуе роль теплово! iзоляцil.
Рис. 7. Конструкщя сонячного колектора на ocHoei тришарового сттьникового полжарбонатного листа: 1) шар, який виконуероль свтлопрозорого захищення;
2) шар заповнений теплоноаем; 3) шар, що виконуе роль тепловоi iзоляцií
Висновки. Встановлено графiчнi залежносп коефщента свггаопро-пускання полiмерного сонячного колектора вщ довжини хвжт сонячного промшня. Дослщжено, що сонячнi колектори на основi полiмерних матерь алiв i3 теплоношем, який виконуе роль поглинача теплоти, можуть ефективно поглинати сонячне випромшювання у дослiджуваному дiапазонi довжини хвиль. Дослщжено оптичнi характеристики розчину тгментного барвника як поглинача сонячного випромшювання, встановлено що стушнь його свггао-поглинання становить 95 %. Визначено ефективну конструкцiю полiмерного сонячного колектора на основi тришарово! полжарбонатно! плити.
Л1тература
1. Kohl Michael. Durability of polymeric glazing materials for solar applications / Michael Kohl etc. // Solar Energy. - 2005. - № 79. - Pp. 618-623.
2. Kohl Michael. Polymeric materials for solar thermal applications / Michael Köhl / 2nd Draft for the 58th meeting of the Executive Committee, December 2005 in Sydney, Australia.
3. Дорошенко О.В. Концепщя розвитку сонячних тер]шчних перетворювачiв i3 потмер-них матерiалiв / О.В. Дорошенко, В.В. Костенюк. - Одеса : Вид-во ОДАХ. - 236 с.
4. Желих В. Сонячний колектор / В. Желих, Б. Шзнак, А. Фечан // Патент на корисну модель № 55948 Бюл. № 22 вщ 26.12.2010
5. Возняк О.Т. Основи наукових дослщжень у будiвництвi / О.Т. Возняк, В.М. Желих. -Львiв : Вид-во НУ "Львiвська поттехшка", 2003. - 173 с.
Желых В.М., Циж Б.Р., Пизнак Б.И. Оптические характеристики полимерных солнечных коллекторов
Представлены результаты исследований оптических характеристик полимерного солнечного коллектора на основе тотовой поликарбонатной плиты. Определено влияние различных видов теплоносителя и конструкций полимерных солнечных коллекторов на эффективность их светопропускания и светопоглощения при изменении длины волны излучения.
Ключевые слова: солнечный коллектор, теплоноситель, коэффициент светопропускания, длина волны, сотовый поликарбонат.
Zhelykh V.M., Cizh B.R., Piznak B.I. Optical characteristics of polymer solar collectors
The results of studies of the optical characteristics of proposed polymer solar collector based on the honeycomb polycarbonate plates are given. The influence of different types of coolant and designs of polymer solar collectors on their light transmission efficiency by changing the wavelength of radiation.
Keywords: solar collector, coolant, light transmission coefficient, wavelength, cellular polycarbonate.
