CC BY
18
Лггература
1. Шкчря Т.М. Технологiя 1 машини люоачних роб|т - Льв1в: Тр1ада плюс, 2003. - 346 с.
2. Адамовський М.Г., Мартинщв М.П., Бадера Й.С. Пщвюш канатш люотранспортш системи. - Льв1в: 1ЗМН, 1997. - 156 с.
3. Мартинщв М.П., Бичинюк 1.В. Анашз схем та розрахунок опор пщвюних канатних ль сотранспортних установок// Наук. вюник УкрДЛТУ: Зб. наук.-техн. праць. - Льв1в: УкрДЛТУ. -2005, вип. 15.5. - С. 145-150.
4. Малащенко В.О., Мартинщв М.П., Бичинюк 1.В. Обгрунтування конструктивно-силових характеристик пром1жних опор пщвюних транспортуючих систем// Пщйомно-транс-портна техшка: Наук.-техн. та виробн. ж. - 2006, № 1. - С. 1-9.
5. Харченко Е.В. Динамические процессы буровых установок. - Львов: Свщ 1991. - 176 с.
6. Тимошенко С.П., Янг Д.Х., Уивер I. Колебания в инженерном деле. - М.: Машиностроение, 1985. - 472 с. _
УДК 647.047 Доц. 1.М. Озаршв, д-р техн. наук; доц. О.Б. Ференц,
канд. техн. наук; доц. М.С. Кобринович, канд. фiз.-мат. наук -
НЛТУ Украти, м. Rbeie
ОСОБЛИВОСТ1 РОЗРАХУНКУ ГЕЛ1ОСУШИЛЬНО1 УСТАНОВКИ ДЛЯ ДЕРЕВИНИ
Наведено особливосп конструкцп сонячно! сушильно! камери. Подано аналь тичш вирази для розрахунку теплових потоюв при гелюсушшш.
Assist. prof. I.M. Ozarkiv; assist. prof. O.B. Ferenc; assist. prof. M.S. Kobrynowych - NUFWT of Ukraine, L'viv
Features of calculation of geliodrying chamber for wood drying there are
fluidizers wood
The features of construction of sun drying chamber have been represented. Analytical expressions are given for the calculation of thermal streams at heliodrying.
Вичерпання запаЫв палива в Укра!ш для отримання традицшних ви-д1в техшчно! енерги спричинило гостру проблему пошуку i подальшого ус-тшного використання альтернативних й еколопчно чистих джерел теплово! енерги. Це стимулюе розвиток нових енергоощадних технологш, пов'язаних i3 використанням вiдновлюваних джерел енерги, зокрема iз енергiею соняч-ного випромiнювання.
Ухвалена ще у 1997 р. Кабшетом Мiнiстрiв Укра!ни "Програма державно! пiдтримки розвитку нетрадицшних джерел енерги та мало! пдро- i теплоенергетики" на сьогодш не виконуеться i практично вже забута. Хоча еколопя, рацiональне використання теплових i матерiальних ресурсiв та енергопостачання мають посiдати не останне мюце у державi. Зазначимо, що в Укра!ш нiяко!' державно! стимуляци пошуку альтернативних джерел немае i, здаеться, ще скоро не буде. Хоча ринок сонячних систем в Сврош досить динамiчно й усшшно розвиваеться протягом останнiх двох десятирiч.
Вiдомо [1], що основна задача сонячних систем у теплових процесах деревообробки - це зменшення витрат тепла на сушшня за рахунок енерги сонячного випромшювання. Останш тенденци на свiтовому ринку сонячних систем зводяться до мiнiмiзацi! i оптимiзацi! конструкцi! сонячних систем (зо-
крема сонячних колекторiв). Сонячнi системи постiйно розвиваються в бiк збiльшення продуктивности довговiчностi й здешевлення. Новi рiшення да-ють змогу не тiльки збшьшити дiапазон конструкцiй сонячних гелютермiч-них колектор1в, але й здешевити !х за рахунок оптимального вибору конст-рукци залежно вiд географiчноi широти.
Зауважимо, що 1 м2 поверхш сонячного колектора для клiмату Укра-ши дае змогу щорiчно зекономити близько 0,35 Гкал теплово'1' енерги, що вiд-повiдае приблизно 50 м /рж зекономленого природного газу.
Зараз у свш спостержаються двi тенденци розвитку сонячних систем. Одш виробники вдосконалюють iснуючi сонячш гелiотермiчнi колектори шляхом використання вакуумних технологш i ефективностi селективних по-верхонь, внаслiдок чого створюються дуже дороп сушильнi пристро'1', що характеризуются високими значеннями коефiцiента корисно'1' ди. Другi виробники, навпаки, намагаються понизити вартiсть колекторiв, використовуючи для 1'х виготовлення недорогi матерiали [2, 3].
Вiдзначимо, що практично вся територiя Украши доступна для використання гелiотермiчних установок рiзного призначення (й сушiння в тому чист).
В НЛТУ Украши (м. Льв1в) розроблено цiлу низку конструкцш гелiосушильних установок для су-шшня пиломатерiалiв [2, 3]. Одну iз установок наведено на рисунку. Сама сушарка являе собою рамкову конструкщю, в якiй передня фронтальна (поз. 1) i передня верхня (поз. 2), а також двi боковi стiнки е прозорими. Задня стшка (поз. 4) е теплоiзольованою, на якiй знахо-дяться прш^чний (6) i витяжний (7) канали. Для збiльшення ККД гелю-сушарки додатково використанi плос-кi гелiотермiчнi колектори. Для ство-рення циркуляци i перiодичного пе-ремiшування повггря у камерi вико-ристовуються осьовi вентилятори (5).
Металевий екран, що роздь ляе верхнiй циркуляцiйний канал та основний сушильний простiр, мае чорний колiр i слугуе додатко-вим акумулятором сонячно'1' енерги. Для забезпечення роботи гелюсушарки у похмуру погоду i, особливо, в шч-ний час передбачено використання як адсорберiв-поглиначiв у виглядi трубок, заповнених солями-кристалогщратами [4].
Залежнiсть мiж максимальною температурою 1тах в гелюсушарщ та температурою повiтря у сушильнш камерi мае такий вигляд [1]:
Рис. 1. Схема гелюсушарки
. _ . + ЛХ ' Еаипр ' к/ (!)
{шах _ 1е "г" ? V1/
ак
де: Евипр - густина питомого променевого потоку на опромшенш поверхш
_ 2 - • • • • •
(Евипр = дпм), Вт/м ; Лх - середнш (штегральний) коефщ1ент поглинання на ь
тш дшянщ спектра шфрачервоного випромшювання за припущення, що його значення у д1апазош довжин хвиль - Аг+1 буде постшним; ак - коефщент конвективного теплообмшу, Вт/(м /°С); к/- коефщ1ент, що враховуе вщно-шення опромшено! поверхш Гопр, до загально! поверхш Г, що бере участь у конвективно-рад1ацшному теплообмш1, тобто к/= Гопр/ Г.
Теплов1 надходження, що поступають в гелюсушарку вщ сонячного випромшювання, можна умовно роздшити на:
а) надходження, що поступають через прозор1 склят стшки (отвори);
б) надходження, що поступають вщ непрозорих огороджень гелюсушарки. Таким чином, теплов1 надходження через прозор1 свгглов1 отвори бу-
дуть визначатись
Q (цш Гш + Цт Гт) Впр , (2)
де: Цт - вщповщно теплов1 потоки, що поступають через 1 м2 освггленого сонцем скла { скла, що знаходиться в тш1, Вт/м2; Гш, Гт - вщповщно плошд осв1тлених сонцем просвтв { просвтв, що перебувають в тш1, м2; Эпр - ко-ефщ1ент вщносного проникнення сонячного випромшювання через св1тловий прост1р, В = 0...1,0.
Вщомо [1], що максимальш значення питомих теплових потоюв цш { цт залежать вщ розрахунково! географ1чно! широти, мюця буд1вництва гель осушарки { ор1ентаци огороджень камери стосовно сторш свггу. Оскшьки те-ритор1я Укра!ни знаходиться м1ж 44° { 53° швшчно! широти, то й значення питомих потоюв цш та цт буде р1зним.
Для вертикального заповнення просвггу (прозоро! стшки камери), який частково або повшстю опромшюеться сонячним випромшюванням, за-гальний тепловий потж цш буде визначатися
Цш = (Чпр+Чрозс)'кт'кбруд Вт/м , (3)
де: цпр, дрозс - вщповщно найбшьш1 (максимальш) значення питомого теплового потоку прямого { розЫяного сонячного випромшювання; кт - коефь щент, що враховуе затшення свгглових отвор1в за рахунок сплетшь (рам) { забруднення атмосфери; кбруд - коефщ1ент, що враховуе забруднення скла (або шшого прозорого матер1алу).
Таким чином, теплова потужшсть сонячно! сушильно! камери буде за-лежати вщ теплового потоку, що включае у себе як пряме цпр, так { розЫяне Црозс сонячне випромшювання, як падають на широту певно! мюцевост на горизонтальну поверхню земль Як приклад, в табл. 1 наведет дат для м. Львова, запозичеш 1з ктматичних значень [5].
Вщомо [6], що величина питомого теплового потоку (Вт), який па-дае на 1 м2 нахилено! поверхш сонячного колектора у кожну годину безхмар-ного дня визначаеться:
cos(^ - S) • cos ó • cos® + sin(^ - S) • sin ó
Чт. = qnp---:-:—--+ qрозс, (4)
cos^ • coso • cosG) + sin^ • sinó
де: S - кут нахилу площини сонячного колектора до горизонту; д - схилення, величина якого дана в табл. 1; ш - часовий кут, який у полудень для колекто-piB доpiвнюe нулю (коли колектори оpieнтоваш на пiвдень).
Табл. 1. Значення прямо'1 та розсшно? складових питомого теплового потоку
сонячного випромшювання, що падае на 1 м2горизонтально'^ поверхт при _безхмарному не6i [5] для м. Львова (50°)_
Мiсяць, нахилення Широта мш-цевосп, ф Я' 2 Вт/м Години доби до полудня
6...7 7.8 8.9 9.10 10.11 11.12
китень д= +10° 50° Япр 125 251 375 522 585 647
Чрозс 70 87 104 125 129 132
травень д= +18° 50° Япр 215 345 473 612 668 724
Ярозс 84 94 104 125 128 132
червень д= +23° 50° Япр 250 373 494 625 686 745
Ярозс 84 97 111 132 132 132
липень д= +21° 50° Япр 216 362 494 584 666 724
Ярозс 84 97 111 125 128 132
серпень д= +13° 50° Япр 146 275 404 517 579 640
Ярозс 63 84 104 118 122 125
вересень д= +3° 50° Япр 63 181 299 445 512 578
Ярозс 49 66 84 97 101 104
Вщзначимо, що через кожну годину значення ю змшюеться на 15° зi знаком "+" (вщ ранку до 12 год.) i "-" (вiд 12 год. до вечора). Наприклад, у 11 годин ю = +150, а у 13 год. ю = -150.
Реальний (фактичний) питомий тепловий потж, що використовуеться у системi гелiосушiння у кожну годину безхмарного неба протягом дня, визна-чаеться:
Чф = Ч^Пк' Цатм-Цвтр, Вт/м , (5)
де: пк - ККД сонячного колектора, який залежить вiд його конструкци; цатм -коефiцiент, що враховуе стушнь прозоростi атмосфери (цатм = 0,80 - для про-мислових райошв, цатм = 1,1 - для прських районiв); цвтр - коефщент, який враховуе втрати вщ сонячного колектора до об'екта сушшня (цвтр = = 0,85.0,98).
Зауважимо, що дат про залежтсть, тобто взаемозв'язок
Пк = /&.к. - к), (6)
де: - температура поверхш колектора (як правило приймаеться рiвною температурi 1с вщповщного режиму сушiння); - температура повпря, що оточуе сушильний колектор.
Величину пк можна розрахувати
Пк = 0,82 - 0,007(*п.к. - (0). (7)
Середню температуру повггря 1 у деннi часи розрахункового мюяця можна розрахувати
(0 = ¿с.р.+ 0,30АЬ (8)
де: 1ср - середньодобова температура повпря (приймаеться за картами [7]); А{ -максимальна амплiтуда коливань добових температур розрахункового мiсяця.
Данi значень температур ¿0, якi розрахованi за формулою (8), для де-яких мют Укра1ни наведенi в табл. 2.
Табл. 2. Значення ?0 для основныхм'шт Украти
№ М1сто ПШвтчна широта, ф град М1сящ року
10 П0 тра-вень чер-вень липень сер-пень вере-сень
г П0 г П0 г П0 г П0 г П0
1 С1мферополь 44 16 0,69 21 0,71 25 0,78 28 0,86 27 0,86 22 0,81
2 Херсон 46 15 0,67 22 0,76 26 0,80 29 0,83 28 0,86 23 0,75
3 Ужгород 48 16 0,65 22 0,71 24 0,72 27 0,72 26 0,77 23 0,72
4 Чертвщ 48 14 0,64 20 0,69 20 0,72 25 0,72 24 0,71 20 0,65
5 Одеса 46 14 0,72 21 0,77 25 0,82 28 0,86 27 0,86 23 0,78
6 1вано-Франк1вськ 48 14 0,63 19 0,68 23 0,72 25 0,73 24 0,71 20 0,64
7 Вшниця 48 13 0,61 20 0,67 23 0,75 25 0,72 24 0,72 19 0,65
8 Черкаси 50 14 0,61 21 0,69 24 0,76 26 0,72 25 0,75 20 0,67
9 Полтава 50 14 0,56 21 0,64 24 0,71 27 0,72 26 0,70 20 0,67
10 Кт'в 50 14 0,61 21 0,68 24 0,75 26 0,72 25 0,74 20 0,67
11 Льв1в 50 13 0,56 19 0,64 21 0,72 23 0,73 22 0,70 19 0,67
12 Суми 52 12 0,53 20 0,66 24 0,72 24 0,72 24 0,70 19 0,64
Площа сонячних колекторiв визначаеться за формулою
Ъол = ЦсУШ м2, (9)
1 Я
де: Цсуш - добова потреба в тепловш енерги на сушiння, Вт-год. (Вт-с); -сума значень теплових потоюв (Вт), що поступають через прозорi огоро-дження камери, а також вщ теплоiзольованоl стiнки, тобто
^ = Я 2 + Я ¡зол. ст.
Кшьюсть теплово! енерги (кВт-год.), що виробляеться для кожного мюяця року, коли здшснюеться гелiосушiння, становитиме
^т.к. = ПднЪЪ -РКолЦ0- Пз Ю-3 кВт-год., (10)
де: пдн - кiлькiсть дшв у мiсяцi; - сума значень теплових потоюв (Вт) для розрахункового мюяця, розраховуеться за формулою (5); щ - коефщент, що враховуе реальш умови хмарностi; ц3 - коефiцiент, що враховуе втрати, обу-мовленi теплообмiном.
Величина щ знаходиться
П0 =--, (11)
+ Я розс)
де - сумарна енерпя прямого i розЫяного сонячного випромiнювання, що падае на горизонтальну поверхню у певному населеному пункт за добу за реальних умов хмарностi [7].
Коефщенти щ для деяких мiст Украши дано в табл. 2. При геосушшш, завдяки променевiй складовiй температури, у су-шильнiй камерi температура 1тах може бути пiдрахована за формулою
t = t + t °С (12)
1шах 1е 1 1пром? V /
де: tc - температура повпря у сушильнш камерi; ^ром - променева температура, тобто температура, яка утворена променевим потоком сонця.
кром = 0,0716 • Ввипр, °С, (13)
де: 0,0716 - емпiричний коефщент, або термiчний опiр середовища (м -°С)/Вт, який е величиною, оберненою до ак; Ввипр - iнтенсивнiсть потоку випромшю-вання гелiотермiчного колектора, Вт/м2.
У процес розрахунку тепловiддачi вiд теп^зольовано! стiнки, що орiентована на швшч, величина питомого теплового потоку
qiзол. ст. Цконв + Цвипр Вт/м , (14)
де: Цконв - величина питомого теплового потоку, що передаеться конвектив-ним перенесенням теплоти; цвипр - тепловщдача за рахунок променевого вип-ромiнювання вiд стшки.
Величина складових, що входять в рiвняння (14), визначаеться вiдповiдно
Я_випр 00- ^пр
273 + и
100
100
Вт/м2
(15)
2 Т/-4. —
де: - постiйна Стефана-Больцмана, 00 = 5,76-10 Вт/м -К
чорноти поверхш; /рз _ температура повггря в робочш зонi, °С.
2
Я_конв акк^повм. ^р.Э^ Вт/м ,
де ак - коефiцiент конвективного теплообмшу, який визначаеться:
а) для вертикальних поверхонь
ак,верт 2524 (/п
б) для горизонтальних поверхонь
3,254 (1„,
Бпр - CTуПiHЬ
-1р.з.), Вт/м2-°С
ак
(16)
(17)
(18)
ьк,гор ¡у-повм. /р.з.) , Вт/м - С
Таким чином, наведет вище рiвняння дають змогу розрахувати сушиль-ну камеру, що базуеться на використанш енерги сонячного випромiнювання.
Л1тература
1. Озарк1в 1.М. Науково-техшчш основи конвективно-рад1ацшного сушшня деревини// Дис.... докт. техн. наук. - Льв1в: НЛТУ Укра!ни, 2006. - 404 с.
2. Декл. пат. № 61462А Украша. Гелюсушарка для пиломатер1атв/ 1.М. Озарюв, П.В. Бшей, С.1. Озарюв, Ж.Я. Гуменюк, № 200302114; Заяв. 7.02.2003; Затв. 20.08.2003; Опубл. 17.11.2003.
3. Декл. пат. № 61463А Украша. Сонячна сушильна камера/ 1.М. Озарюв, П.В. Бшей, С.1. Озаркiв, Ж.Я. Гуменюк, № 200302115; Заяв. 7.02.2003; Затв. 15.08.2003; Опубл. 17.11.2003.
4. Озаркчв 1.М., Ол1йник В.В. Розробка акумулятор1в сонячно! енергп на основ1 тепло-акумулюючих х1м1чних склад1в для гелюсушарок для деревини// Наук. вюник УкрДЛТУ: Зб. наук.-техн. праць. - Льв1в: УкрДЛТУ. - 1999, вип. 9.5. - С. 98-101.
5. Руководство по строительной климатологии. - М.: НИИ строительной физики, 1977.
6. Дж. А. Даффи, И.А. Бекман. Тепловые процессы с использованием солнечной енер-гии// Перев. с англ. под ред. Ю.А. Малевського. - М.: Мир, 1977.
7. СНиП II - А.6-72. Строительная климатология и геофизика. - М., 1973.
