CC BY
11
б) для прозорого теплоносiя
Q = 0.12 • G -14.4 • F + 29.5 • G • F + 0.23 • G2 - 0.46 • G2F. (2)
в) для теплоно^я тосолу
Q = -152 + 305 •G-0.46•F + 0.93 •G •F + 0.02•G2-0.03 •G2F . (3)
У цих залежностях Q - теплова потужшсть СК, Вт; G - витрата тепло-ношя, кг/год; F - площа гелюполя, м2.
Висновок. Отримаш результати дослщжень теплово! потужност со-нячного колектора, виконаного i3 полжарбонату як основного конструктивного елементу, може бути використано для розрахунюв i проектування гель осистем.
Л1тература
1. Сухий М.П. Сонячш колектори на основi стшьникових полiкарбонатних пластикiв / М.П. Сухий, Я.М. Козлов, К.М. Сухий, Ю.В. Бражник, М.В. Бурмютр. - Львiв : Вид-во НУ мЛьвiвська полггехшка", 2002. - 234 с.
2. Дорошенко А.В. Перспективы развития солнечной энергетики / А.В. Дорошенко. К. А. Шестопалов. - Львiв : Вид-во НУ "Львiвська полггехшка", 2006. - 322 с.
3. Харченко Н.В. Индивидуальные солнечные установки / Н.В. Харченко. - М. : Изд-во "Энергоатомиздат", 1991. - 209 с.
4. Возняк О.Т. Основи наукових дослщжень у буд1вницга / О.Т. Возняк, В.М. Желих. -ЛьвГв : Вид-во НУ "ЛьвГвсь^ полггехшка", 2003. - 173 с.
Пизнак Б.И., Желых В.М. Применение полимерных материалов в гелиосистемах с активным использованием солнечной энергии
Приведены результаты исследований тепловых характеристик многослойного сотового поликарбоната как основного конструктивного материала плоских солнечных коллекторов. Результаты исследований могут быть использованы при расчетах и проектировании гелиосистем.
Ключевые слова: энергосбережение, солнечный коллектор, полимерные материалы, сотовая поликарбонатная плита.
Piznak B.I., Zhelykh V.M. Application of polymeric materials in heli-osystems with active use of solar energy
The results of researches concerning the use of multilayer cellular polycarbonate as the main constructive material of the flat-plate solar collectors are given. The results of researches can be used for calculations and planning heliosystems.
Keywords: energy-savings, solar collector, polymeric materials, cellular polycarbonate plate. _
УДК 697.92 Acnip. Ю.В. Фурдас; доц. В.М. Желих, канд. техн. наук -
НУ "Львiвcька nолiтехнiка"
ОЦ1НКА ТЕПЛОВО1 СТ1ЙКОСТ1 МЕТАНТЕНКА БЮГАЗОВО1 УСТАНОВКИ
Проведено оптимiзацiю товщини теплово! ¡золяцп бюреактора з метою змен-шення приведених затрат. Отримано закономiрностi впливу температурного режиму бюреактора та зовшшнього пов^ря на товщину теплово! ¡золяцп метантенку.
Ключовi слова: бюгазова установка, бюреактор, бюгаз, шефодент теплопро-вщносп, теплообмшник.
Актуальшсть роботи. Нафтовi та газовi кризи, попршення еколопч-но1 ситуаци змусили суспшьство шукати шляхи задоволення сво1х енергетич-них потреб не тiльки серед вичерпних енергоресурЫв, але i використовувати нетрадицшш джерела. Украша задовольняе власш потреби в енергоресурсах на рiвнi 53%, тобто всi iншi ресурси доводиться iмпортувати.
Для Украши актуальною проблемою е необхщшсть зменшити енерге-тичнi витрати, зокрема використання природного газу, що, своею чергою, ставить на межi виживання низку галузей нацюнально1 економiки. Саме тому бюмаса - четверте за значенням паливо у свiтi, виходить на перший план, хо-ча наразi забезпечуе лише 14 % загальносвгтового споживання первинних енергоносив. Бiомаса, на вщмшу вiд газу, нафти i вугшля, якi швидко вичер-пуються, е джерелом енергй, що постiйно поповнюеться.
За рахунок анаеробно! утилiзацil оргашчних вiдходiв сшьськогоспо-дарських пiдприемств можна досягти значно! економи ресурсiв та кош^в. Одночасно з утилiзацiею вiдходiв отримуемо цiнне паливо - бюгаз i добриво. Вiдходи тваринництва е одним iз перспективних джерел отримання енерги шляхом анаеробного бродiння в бюреакторах. Потенцiал вiдходiв тваринництва в УкраАт наведено у таблиц [3, с. 8].
Табл. Енергетичний потенщал вiдходiв тваринницького комплексу Украти
Тип джерела в1дход1в Вихвд в1дход1в, 10 млн т/р1к Вихвд бюга-зу, 103 млн м3/р1к Нижча теплота згоран-ня, МДж/м3 Енергетичний потенщал ввдход1в, млн т у.п. / р1к
Велика рогата худоба 58,4 1,46 23 1,144
Свит 4,79 0,124 21 0,088
Птиця 2,8 0,11 21 0,079
Всього 65,99 1,694 - 1,311
Для утилiзацil сшьськогосподарських вiдходiв та отримання альтерна-тивних енергоносив використовують бiогазовi установки. Незалежно вiд типу, вони складаються з основних елеменлв, якi необхiднi для технолопчного процесу: система завантаження; бiореактора; система перемiшування; газгольдер; система пад^ву.
Оскiльки розкладання органiчних вiдходiв вщбуваеться за рахунок дь яльностi певних видiв бактерiй, то iстотний вплив на процес анаеробного бродшня робить навколишне середовище. Кiлькiсть вироблюваного газу значною мiрою залежить вiд температури: чим теплше, тим бiльшi швид-кiсть i ступiнь ферментацп оргашчно1 сировини. Саме тому першi установки для одержання бюгазу з'явилися в крашах з теплим клiматом. Однак застосу-вання надшно1 теплоiзоляцil, а iнодi i шд^р^о1 води, дае змогу освогги засто-сування генераторiв бiогазу в районах, де температура узимку опускаеться до мшус 20 °С.
Аналiз останнiх дослiджень i публiкацiй. Внаслiдок аналiзу л^ера-турних джерел виявлено, що в УкраТт е значний потенщал ресурсiв для ана-еробно1 конверси органiчних сшьськогосподарських вiдходiв.
Процес уташзаци сiльськогосподарських вiдходiв шляхом анаеробного бродiння в бюреакторах ускладнюеться необхiднiстю дотримання меж температурних режимiв, великим енергоспоживанням установки, вщсутшстю
комплексного контролю та управлшня над процесами бродшня, значними ка-пiталовкладеннями у будiвництво, iстотну частку в яких становить теплопос-тачальна частина.
Вiдомi конструкци реакторiв з уташзаци органiчних вiдходiв потребу-ють модифшаци та удосконалення для зниження вартостi капiтальних та експлуатацшних затрат. Також вибiр оптимально! товщини теплово! iзолящ! залежно вщ 11 типу, необхiдного температурного режиму бюреактора, кшма-тологiчних умов мюця будiвництва дають змогу значно заощадити кошти на будiвництво бюгазово! установки.
Мета та завдання дослщжень. Здшснити оцiнювання теплово! стiйкостi бiореакторiв для рiзних типiв теплово! iзоляцil i оптимально! !! тов-щинi з врахуванням кшматолопчних даних мiсця встановлення.
Експериментальш дослiдження. Бiореактор е газонепроникним, пов-нiстю герметичним резервуаром iз металу. Ця конструкцiя теплоiзолюеться, тому що всерединi резервуару повинна бути фжсована для мiкроорганiзмiв температура. Всередиш реактора знаходиться мiксер, який використовуеться для повного перемшування вмiсту метантенка, вш виконаний у виглядi валу з пластинами i розташований горизонтально в центральны частинi резервуару, систему пщ^ву виконано у виглядi и- подiбно! трубки, що знаходиться в робочому об'емт
Запропонована схема бюреактора забезпечуе повне перемшування та ефективний на^в сировини за мшмуму енерговитрат. Установка працюе таким чином: у резервуар 1 через патрубок 3 подають оргашчну сировину, пе-ремiшують бiомасу засобом перемшування 2, нагрiвання здiйснюють системою шда^ву 8, отриманий бюгаз через патрубок 7 надходить до споживача, розвантажують вiдпрацьовану сировину через патрубок 4, за необхщност через люки 6 i 9 проводять очищення реактора та ревiзiю внутрiшнього об'ему, а через клапан 5 скидають надлишок бiогазу.
I-7
1 - резервуар;
2 - зааб
перемиыування;
3 - патрубок
завантаження;
4 - патрубок
розвантаження;
5 - клапан;
6 - люк;
7 - патрубок
виходу бюгазу;
8 - система
пщцршу;
9 - люк; 10- шар
тепло1зОляди
Рис. 1. Схема побутово'1 бюгазовог установки
Запропонована конструкщя бюгазово1 установки е безперервно1 ди, в нiй вiдбуваеться постiйне видiлення бiогазу, що дае змогу значно зменшити об'ем бюреактора i, вщповщно, мiнiмiзувати тепловтрати.
Технологiчний процес утворення бюгазу потребуе забезпечення в бю-реакторi постшно1 температури. Пiдтримання ще1 стало1 температури пов'язане з двома аспектами: постачання тепла i теплоiзоляцiею.
Використання того чи iншого теплоiзоляцiйного матерiалу варто роз-глядати з умови забезпечення ним рiвноцiнних теплотехшчних умов, тобто однакового лiнiйного термiчного опору Я1.
Рiвняння визначення лшшного термiчного опору мае вигляд:
т^ 1 1 , $2м 1 , Г + 3 1 2т/- /т-» /14
Я =-+ — 1п — +-1п-+-, м2К/Вт, (1)
2га\ 2Л м 2Л,з г 2а2(г + 3)
де: Я/ - термiчний опiр стiнки бiореактора, м2К /Вт; 3 - товщина утеплю-вального матерiалу, м; - внутрiшнiй дiаметр бiореактора, м; - зов-нiшнiй дiаметра бiореактора, м; сп - вартiсть теплоiзоляцiйного матерiалу.
Проведено розрахунок теплово1 iзоляцil для рiзних матерiалiв:
• пшопласт (Л\ = 0,064Вт / м; С\ = 102грн / м3);
• тнопол1уретан (Л2 = 0,050Вт / м; С2 = 9,95грн / л);
• мшеральна вата (Л3 = 0,056Вт / м; С3 = 90грн / м3).
Отже, оптимальну товщину теплово1 iзоляцil вираховуемо за формулою:
3опт —
/ ^ Л 2га2 + Л{з
г, мм. (2)
Qопт
га\
V
Ьз • а2
21 - гз)
Методика розрахунку товщини теплово1 iзоляцil, 3опт, м полягае в такому:
1. Апроксимуючи функщю приведених затрат, знаходимо точку мшмуму. Отже, в тш точт \ буде оптимальне значения товщини теплово1 1золяцп.
2. Розглядаемо частковий випадок, задаемо температуру оточуючого сере-довища, температуру сировини та тип тепло1золяцшного матер1алу та за допомогою залежносп (1) знаходимо тепловтрати бюреактора Qопт, Вт, це будуть оптимальт тепловтрати \ для подальших розрахунюв зали-шаемо !х пост1йними.
3. Використовуючи залежтсть (2), почергово змшюючи температуру оточуючого середовища, температуру сировини \ тип тепло1золяц1йного ма-тер1алу, знаходимо оптимальну товщину тепло1золяцшного шару для конкретного мюця встановлення.
Результати проведених дослiджень зображено графiчно на рис. 2. Товщину теплоiзоляцil визначають залежно вiд зовшшньо1 температури повiтря гз, °С , внутршньо1 температури бiомаси гсер, °С та коефiцiента теплопровщ-
ност iзоляцiйного матерiалу Л,з, Вт / м • К .
^щональний лкотехшчний yнiвeрcитeт УкраТни
S,m а) „ 3,м б) 0,м
0.1
4Î
40
/ ч
0,1 т
0,13 0129
Ь,°С
Я
50
4S
40
,
toip
0.16 0.15e
t,,°C
MX
4Î
40
-4 / \
-19 -го -г: -гг -гз -г* -19 -го -г! -гг -гз -г4 -1Э -го -г] -гг -гз -г*
Pua 2. ^афж змiнu moвщuнu meплoвoï iзoляцiï: а - мт. вата à = 0,056Вт / м • К ;б - пiнополiуретан à = 0,050Вт / м • К ; в - тнопласт
À = 0,064Вт / м • К.
Oпepyючи peзyльтатами aнaлiтичних доcлiджeнь, було отpимaно но-могpaмy (pиc. 3), яка дае змогу значно cпpоcтити pозpaхyнки пiд час визна-чeння товщини тeпловоï iзоляцiï для piзних ïï видiв i тeмпepaтypних peжимiв.
Рж. 3. Hoмoгpама втначення moвщuнu meплoвoï Ьоляци 0опт, м залежно вiд meмпepаmуpu зовншнього пoвimpя i3, °С, meмпepаmуpu бюмаш в °С, коефi-цieнmа meплoпpoвiднocmi meплoiзoляцiï Аз, Вт / м • К
Peзyльтaти а^о^има^!' пpeдcтaвимо у виглядi фоpмyли:
3 = -0,0327 + 3,305à-9,32Sà2 + (0,00S-0,07S9à + 2,527•А2)•(-10,S + 0,2•iв-0,2•i3), м
Висновок. Здiйcнeно aнaлiз piзних типiв тeпловоï iзоляцiï з мeтою застосування ïï в бiогaзових установках для змeншeння тeпловтpaт бiоpeaкто-
ром, а також отримано залежшсть, що дае змогу визначити li оптимальну товщину.
Отримано закономiрностi впливу температурного режиму бюреактора та зовнiшнього повiтря на товщину теплово! iзолящl метантенку.
Лггература
1. Биомаса как источник енергии / под ред. С. Соуфер, О. Заборски : пер. с англ. - М. : Изд-во "Мир", 1985. - 324 с.
2. Вознякм О.Т. Основи наукових дослщжень у буд1вницта / О.Т. Возняк, В.М. Желих. - Льв1в : Вид-во НУ "Льв1вська полггехшка", 2003. - 173 с.
3. Ратушняк Г.С. Енергозбереження в системах бюконверсп / Г.С. Ратушняк, В.В. Дже-джула. - Вшниця : Вид-во ВНТУ, 2006. - 83 с.
Фурдас Ю.В., Желых В.М. Оценка тепловой устойчивости метан-тенка биогазовой установки
Проведена оптимизация толщины тепловой изоляции биореактора с целью уменьшения приведенных затрат. Получены закономерности влияния температурного режима биореактора и внешнего воздуха на толщину тепловой изоляции метан-тенка.
Ключевые слова: биогазовая установка, биореактор, биогаз, коэффициент теплопроводности, теплообменник.
Furdas Yu.V., Zhelykh V.M. Estimation of heat resistance reactor of biogas plant
An optimization of thermal isolation from bioreactor to reduce costs resulted. Confirmed influence of temperature condition of fermenter and external air are got on the thickness of thermal isolation to the methane-tank.
Keywords: biogas plant, bioreactor, biogas, foam, polyurethane foam, mineral wool, thermal conductivity, heat exchanger._
УДК 674 Доц. О. С. Малахова, канд. техн. наук - НУБ1П Украти, м. Кшв
АНАЛ1З ЗАЛЕЖНОСТ1 ПРУЖНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ПИЛОМАТЕР1АЛ1В В1Д ПАРАМЕТР1В СУЧК1В
Розглядаеться мехашзм деформацп пиломатерiалiв з сучками при вигинанш на пласть i на крайку, анал^ично виявляеться вплив розмiрiв сучюв i параметрiв !х роз-ташування на пружш характеристики.
Ключов1 слова: пиломатерiали, сучки, деформащя, вигинання, пружнють.
Дослщження взаемозв'язку м1ж структурними параметрами { мехашч-ними характеристиками пиломатер1ал1в проводилося з метою створення нор-мативних основ рацюнального використання конкретних пиломатер1ал1в. Мехашчш властивосп, притаманш деревиш р1зних порщ позбавленш вад, досить добре вивчеш [1, 2]. Проте, наявшсть в пиломатер1алах вад порушуе структуры законом1рносп [3]. За наявност сучка, зайнята ним частина пере-р1зу при деформаци сприймае напруги шакше, тж масивна деревина.
Проанал1зуемо вплив наявносл, розм1р1в { розташування дефекту у вигляд1 сучка в пиломатер1ал1 при вигинанш на пласть { на крайку. Розгляне-мо мехашчну модель пиломатер1алу у вигляд1 бруса, що мае неоднорщшсть у форм1 цилшдра, д1аметр якого дор1внюе 15 % ширини, що приблизно вщповь дае середньому розм1ру сучка за даними експерименту, а вюь - перпендикулярна пласть
