CC BY
151
Оригинальная статья / Original article УДК 697.24: 620.92
DOI: 10.21285/2227-2917-2016-4-101-113
РАЗРАБОТКА НОВОГО СОЛНЕЧНОГО КОЛЛЕКТОРА SUN 3 ДЛЯ
ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ И ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ СОЦИАЛЬНОЙ И ЖИЛИЩНОЙ СФЕРЫ ИРКУТСКОЙ ОБЛАСТИ
© И.А. Зуев, М.Ю. Толстой, А.А. Туник
Резюме. Цель. Приведены результаты разработок, осуществленных в рамках третьего этапа экспериментальных исследований в области солнечной энергетики. На сегодняшний день значительные усилия молодых ученых кафедры инженерных коммуникаций и систем жизнеобеспечения ИРНИТУ направлены на создание новой модели коллектора, который бы обладал более высоким КПД. Методы. Проведен анализ существующих моделей солнечных коллекторов и теоретически разработан подход к повышению эффективности процессов теплопереноса в плоском солнечном коллекторе. Результаты и их обсуждение. Разработан солнечный коллектор Solar Unit 3 (SUN 3); доработана методика испытаний и сравнений солнечных коллекторов различных моделей, на SUN 3 получен патент на полезную модель. Выводы. Для завершения исследования необходимо провести испытания плоского солнечного коллектора SUN 3 на экспериментальном стенде и сравнить экспериментальные данные с расчетными.
Ключевые слова: энергоэффективность, вакуумирование, тепловизор, солнечный коллектор, утеплитель, солнечная радиация, теплоноситель, теплопотери, лучепогло-щающий лист.
Форма цитирования: Зуев И.А., Толстой М.Ю., Туник А.А. Разработка нового солнечного коллектора SUN 3 для теплоснабжения и горячего водоснабжения объектов социальной и жилищной сферы Иркутской области // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2016. № 4 (l9). С. 101-113. DOI: 10.21285/2227-2917-2016-4-101113
DEVELOPMENT OF A NEW SOLAR COLLECTOR SUN 3 FOR HEAT SUPPLY AND HOT WATER SUPPLY OF THE OBJECTS OF SOCIAL AND RESIDENTIAL SPHERE
OF IRKUTSK REGION
© I.A. Zuev, M.Yu. Tolstoy, A.A. Tunik
Abstract. Purpose. We gave the results of the developments, performed within the frames of the third stage of experimented researches in the sphere of solar energy. Nowadays considerable efforts of young scientists of the chair of engineering communications and systems of life support of INSTU were directed to the creation of a new model of a collector, which would have a higher effectiveness factor. Methods. We performed analyses of the existing models of solar collectors and theoretically developed approach to the increase of the effectiveness of processes of heat conduction in a flat solar collector. Results and their discussions. We developed a solar collector Solar Unit 3 (SUN 3); improved the methods of examination and comparison of solar collectors of different models, we received patent for a useful model for SUN 3. Conclusions. In order to complete the research it is necessary to hold the examination of a flat solar collector SUN 3 on the experiment stand and comparison of experiment data with calculated.
Keywords: energy effectiveness, pumping, thermal camera, solar collector, thermal insulation, solar radiation, heat transfer agent, heat losses, beam absorbing sheet
For citation: Zuev I.A., Tolstoy M.Yu., Tunik A.A. Development of a new solar collector SUN 3 for heat supply and hot water supply of the objects of social and residential sphere of Irkutsk region. Izvestiya vuzov. Investitsii. Stroitel'stvo. Nedvizhimost' [Proceedings of Universities. Investments. Construction. Real estate], 2016, no. 4 (19), pp. 101-113. (In Russian) DOI: 10.21285/2227-2917-2016-4-101-113
Введение
До недавнего времени по целому ряду причин, прежде всего из-за огромных запасов традиционного энергетического сырья, вопросам использования возобновляемых источников энергии в энергетической политике России уделялось сравнительно мало внимания. В последние годы ситуация стала заметно меняться. Необходимость борьбы за лучшую экологию, новые возможности повышения качества жизни людей, участие в мировом развитии прогрессивных технологий, стремление повысить энергоэффективность экономического развития, логика международного сотрудничества - эти и другие соображения способствовали активизации национальных усилий по созданию более «зеленой» энергетики, движению к низкоуглеродной экономике [1].
В настоящее время вопросам использования возобновляемых источников энергии уделяется особое внимание. Эти источники энергии рассматриваются как существенное дополнение к традиционным. Среди возобновляемых источников энергии солнечная радиация наиболее перспективна [2-4]. Привлекательность солнечной энергетики обусловлена рядом обстоятельств: она доступна в каждой точке нашей планеты, солнечная энергия - это экологически чистый источник энергии, позволяющий использовать его во все возрастающих масштабах без негативного влияния на окружающую среду, солнечная энергия - это практически неисчерпаемый источник энергии, который будет доступен и через миллионы лет. Для преобразования солнечной энергии в тепловую используют устройства, называемые солнечными коллекторами [5, 6].
Все солнечные коллекторы условно делятся на плоские (рис. 1), или плоскопанельные, и вакуумные.
Плоскопанельные солнечные коллекторы [7] представляют собой корпус 1, абсорбер (поглощающая панель) 4, элемент, поглощающий солнечную радиацию и связанный с теплопроводной системой (каналы для теплоносителя) 3. С внешней стороны элемент закрыт слоем прозрачного материала, прозрачного покрытия. Чаще всего это покрытие выполняется из стекла 2, в котором максимально снижено содержание металлов. Обратная сторона для уменьшения теплопотерь закрыта теплоизоляцией 5. Если тепло не передается на внешние потребители, то такой плоский коллектор в состоянии нагревать промежуточный теплоноситель до ста сорока градусов [8].
Типичными конструкциями поглощающих панелей коллекторов являются следующие: стандартный панельный отопительный радиатор (рис. 2, а); панель, состоящая из двух оцинкованных стальных листов - гофрированного и плоского (рис. 2, б); прокатно-сварная алюминиевая панель (рис. 2, в); регистр из труб с металлическим листом (способы крепления показаны на рис. 2, г и ó); регистр из труб с распирающими металлическими пластинами (рис. 2, е), боковые кромки прижаты к трубам, обеспечивая хороший тепловой контакт между пластинами и трубами; регистры из труб с поперечными (рис. 2, ж) и продольными (рис. 2, з) ребрами.
Поглощающая панель должна обладать следующими свойствами: коррозионной стойкостью по отношению к теплоносителю с целью обеспечения высокого срока службы изделия; небольшой массой; хорошим тепловым контактом между листом и трубами, необходимым для достижения высокой эффективности работы коллектора; технологичностью с целью снижения затрат на изготовление.
Рис. 1. Плоский солнечный коллектор: 1 - корпус; 2 - прозрачная изоляция (стекло); 3 — каналы теплоносителя; 4 - поглощающая панель; 5 - теплоизоляция Fig. 1. Flat solar collector: 1 - case; 2 - transparent insulation (glass); 3 - heat-transfer medium channels; 4 - absorber; 5 - heat insulation
Конструкции, изображенные на рис. 2, далеко не исчерпывают всего многообразия конструктивных решений основного элемента коллектора, которое свидетельствует лишь о том, что ни одно решение полностью не удовлетворяет разработчиков.
Рис. 2. Типы поглощающих панелей: а - стандартный панельный отопительный радиатор; б - панель из двух оцинкованных стальных листов: гофрированного и плоского; в - прокатно-сварная алюминиевая панель; г - регистр из труб с прикрепленным к ней листом; д - способы соединения металлического листа и трубы; е - регистр из труб с распирающими металлическими пластинами; ж - регистр из труб с поперечными ребрами; з - регистр из труб с продольными ребрами Fig. 2. Absorber types: а - standard panel radiators; б - panel of two galvanized steel sheets: corrugated and flat; в - rolled and welded aluminum panel; г - case ofpipes with a sheet
attached thereto; д - types of pipes and metal sheet compounds; е - register of pipes with arching metal plates; ж - case of pipes with cross ribs; з - case of pipes with longitudinal ribs
У солнечных вакуумных коллекторов (рис. 3) главная часть - это специальная вакуумная трубка, покрытая чернением, для нагревания, в которой находится вода или антифриз. Вся конструкция сделана по принципу устройства термоса. Вокруг полости, заполненной жидкостью, для уменьшения непродуктивных потерь тепла создается своеобразная вакуумная камера. С целью повышения эффективности приборов внутренние вакуумные трубки делаются граненой формы или в форме буквы «и». Внешняя оболочка трубок изготавливается из специального стекла, имеющего повышенную прочность и длительное время не теряющего своих оптических свойств. Эффективное уменьшение тепловых потерь может быть достигнуто при совместном применении селективного поглощающего покрытия на поверхности приемника и глубокого вакуума в замкнутом пространстве, содержащем этот приемник тепла. При вакуумировании внутреннего пространства оболочки до давления Р<< 10-4 Па перенос тепла конвекцией становится пренебрежимо малым и может не учитываться [9]. Поскольку создание и сохранение требуемого уровня вакуума в коллекторах плоского типа технически затруднено, в вакуумных коллекторах в качестве оболочки обычно применяют цилиндрические трубки из стекла. Теплота отводится вынужденным потоком теплоносителя, который находится в непосредственном контакте со стенкой трубки, поглощающей подающее солнечное излучение. При этом термическое сопротивление переноса теплоты от поглощающей поверхности к жидкости и разность температур последних невелики, что положительно влияет на КПД коллектора ц. Чем больше указанная разность температур, тем при прочих равных условиях выше потери теплоты от коллектора в окружающую среду и меньше ц.
Рис. 3. Солнечный трубчатый вакуумный коллектор Fig. 3. Solar tubing vacuum collector
Но даже при использовании специального стекла широко распространены случаи повреждения вакуумных трубок. Существенным недостатком этой и подобных ей конструкций является возможность утечки теплоносителя из коллекторного контура при повреждении или разрушении хотя бы одной из колб. Это обстоятельство значительно усложняет эксплуатацию вакуумных коллекторов, особенно при использовании вместо воды специальных, как правило дорогостоящих, теплоносителей. Данный недостаток объясняет значительную привлекательность плоских солнечных коллекторов.
Обычно солнечные коллекторы устанавливаются неподвижно, а угол наклона выбирают в зависимости от основного назначения устройства [10]. При установке коллектор стараются ориентировать в сторону юга, но обязательно ориентируясь на рельеф местности. Рекомендуется отклоняться от ориентации на юг не более чем на тридцать градусов, тогда и тепло будет вырабатываться в пределах нормы.
На сегодняшний день во всем мире солнечные коллекторы работают на возобновляемых источниках энергии и применяются для отопления бытовых и промышленных по-
мещений, для горячего водоснабжения с использованием при этом неиссякаемой солнечной энергии. Немецкие компании «Будерус» (Buderus) и «Вейсман» (Viessmann) являются одними из крупнейших европейских производителей отопительной техники с применением возобновляемых источников энергии по всей Европе и по всему миру, имеют широкий модельный ряд солнечных коллекторов. Но цена такого устройства может превышать стоимость всего вашего дома и окупится очень не скоро.
На кафедре инженерных коммуникаций и систем жизнеобеспечения института архитектуры и строительства ИРНИТУ уже шесть лет ведутся исследования в области солнечной энергетики. Целью этих исследований являются разработка и испытание коллекторов, имеющих принципиально новые конструктивные решения, относительно малый вес, возможность сборки из местных материалов, а значит, и существенно недорогих при производстве.
Материалы и методы исследования
На первом этапе были проведены исследования и разработан коллектор SUN 1, имеющий патент на полезную модель [11], полностью весь этап исследований описан в статье [12].
На втором этапе решались задачи по повышению эффективности работы солнечного коллектора SUN 1 на практике. Предположения, что при увеличении площади поверхности теплообменника, воспринимающего солнечное тепло, эффективность коллектора также увеличится, подтвердились. Была увеличена эквивалентная длина трубок с теплоносителем под поглощающей пластиной, им придали форму змеевика. Такая форма позволила ускорить нагревание теплоносителя, к тому же она обладает низким гидравлическим сопротивлением. Именно это и подтвердилось экспериментально: эффективность преобразования разработанным устройством солнечной энергии в тепловую составила 75 % , а его полный КПД - 61 %.
На сегодняшний день значительные усилия молодых ученых кафедры нашего университета направлены на создание новой модели коллектора, который бы обладал более высоким КПД. Разработанный солнечный коллектор SUN 3 претерпел ряд конструктивных изменений по сравнению с ранней моделью.
Задачами, на решение которых направлена разработка SUN 3, являются достижение простоты изготовления, улучшение теплофикационных свойств, что позволит эффективно использовать плоский солнечный коллектор в условиях с низкими температурами наружного воздуха и большим диапазоном колебаний суточных температур, что характерно для Сибири, и обеспечение удобства эксплуатации.
Технический результат, заключающийся в улучшении прогрева теплоносителя, а также снижении теплопотерь, у новой модели достигается тем, что солнечный коллектор содержит трубный узел, выполненный из гофрированной трубы в форме спирали, который уложен методом «улитки». Это позволит повысить эффективность нагрева теплоносителя за счет дополнительно создаваемой турбулентности.
Размещение нагревательных труб коллектора в виде «улитки» с шагом трубы, равным от 0,5 до 2 диаметров, осуществлено так, что труба с холодным теплоносителем чередуется трубой с горячим теплоносителем, это позволяет теплоносителю, проходящему через эти трубы, дольше находиться в греющей зоне, а значит, повысить свою температуру и площадь теплосъема по сравнению с более ранними моделями.
Опишем солнечный коллектор согласно рис. 4 и табл. 1.
Корпус 9 был выполнен из фанеры, светопрозрачный слой 1 - из прозрачного поликарбоната и закреплен опорными элементами 4, представляющими собой деревянные штапики. Лучепоглощающий лист 3 - стальной лист с нанесенным на него слоем черной эмали, гофрированные нагревательные трубы 5 состоят из нержавеющей стали, а крепежная рабица 7 является стальной сеткой, входной и выходной патрубки 10 изготовлены из
медной трубы, отражающий слой 6 выполнен из фольги, а теплоизоляция 8 сделана из по-ропласта, обладающего коэффициентом теплопроводности не более 0,036 Вт/м2-°С.
10
г/"
— тз
C\J LO
о
7
8
В
И
Рис. 4. Солнечный коллектор SUN 3: 1 - светопрозрачный слой; 2 - крепежные элементы; 3 - лучепоглощающий лист; 4 - опорные элементы; 5 - трубный узел; 6 - отражающий слой; 7 - сетка рабица; 8 - теплоизоляция; 9 - корпус; 10 - входной и выходной патрубки Fig. 4. Solar collector SUN 3: 1 - translucent layer; 2 - fasteners; 3 - absorber; 4 - support elements; 5 - tubing system; 6 - reflective layer; 7 - rabitz; 8 - heat insulation; 9 - case; 10 - source and target nozzle
Таблица 1
Технические характеристики коллектора SUN 3
Table 1
Specification of solar collector SUN 3
Техническая характеристика / Specification Значение/ Value
Габаритные размеры, мм / Dimensions, mm 1015х2020х100
Вес (сухой), кг / Weight (dry), kg 35
Объем каналов теплоносителя, л / Tubesvolume, l 19
Апертура (общая площадь), м2 / Aperture (total area), m2 1,96 (2,05)
Внутренний диаметр каналов, мм / Inner tubes diameter, mm 20
Теплоноситель / Heat transfer medium Вода, этиленгликоль / Water, ethylene glycol
Пробное давление / Test pressure 0,6 МПа (10 кг/см2) / 0,6 MPa (10 kg/cm2)
Максимальное рабочее давление / Maximum operating pressure 0,5 МПа (7 кг/см2) / 0,5 MPa (7 kg/cm2)
Коэффициент тепловых потерь, Вт/м •К / Heat loss coefficient, W/m2-K 0,27
Техническая характеристика / Specification Значение/ Value
Равновесная температура / Equilibrium temperature 75
Коэффициент поглощения абсорбера / Absorption coefficient а = 0,90.. .0,95
Степень черноты абсорбера / Absorber blackness rate е = 0,85...0,90
Ввод/вывод / Inlet and outlet nipples Резьба трубная 3/4", внутренняя 2 шт. / Pipethread 3/4", internal 2
Абсорбер (поглощающая панель) / Absorber Алюминиевый лист, покрытый черной краской / The aluminum sheet coated with black paint
Прозрачная изоляция / Transparent insulation Оргстекло 4 мм / Plexiglas 4 mm
Теплоизоляция / Heat insulation Экструдированный пенополистирол / Extruded polystyrene foam
Корпуса / Case Фанера / Plywood
Дно корпуса / Back wall Фанера/ Plywood
В коллекторе падающее солнечное излучение преобразуется в теплоту, отводимую потоком теплоносителя (вода, антифриз, воздух и т.д.), протекающим по каналам поглощающей панели. Прозрачная изоляция снижает конвективные и лучистые потери теплоты от поглощающей панели в атмосферу, вследствие чего повышается теплопроизводитель-ность коллектора. Как известно, большинство прозрачных средств, в том числе стекло, пропускают лучи селективно, т.е. их пропускная способность зависит от длины волны падающего излучения. Обычное оконное стекло пропускает до 85...87 % солнечного излучения, но практически не прозрачно для собственного теплового излучения панели. Световые солнечные лучи (коротковолновое излучение), попадая на поверхность коллектора, проходят через светопрозрачный слой 1 и, падая на лучепоглощающий лист 3, а затем и на лежащие под ним трубы 5, трансформируются в длинноволновое тепловое излучение, которое поглощается теплоносителем, проходящим по нагревательным трубам 5. Теплоноситель, нагреваясь, циркулирует под действием циркуляционного насоса.
Устройство может быть установлено как на земле, так и на различных частях жилых домов, общественных зданий и промышленных сооружений, а также быть интегрировано в строительную конструкцию для снижения теплопотерь и соблюдения теплотехнических требований к сооружению ограждающих конструкций.
Результаты и их обсуждение
Основной целью настоящего исследования принимаем испытание солнечного коллектора ИРНИТУ, ранее не запускавшегося. Вторичной целью станет составление сравнительной характеристики трех коллекторов: коллектора «Сокол» отечественного производства, китайского HY-CY и плоского коллектора ИРНИТУ (SUN 3).
Предполагается, что при увеличении площади поверхности, воспринимающей солнечное тепло, эффективность коллектора также увеличится. С другой стороны, увеличивать площадь поглощающей пластины неэргономично, поэтому разработчиками коллектора было принято решение увеличить эквивалентную длину трубок с теплоносителем под поглощающей пластиной и разместить их в виде «улитки». Такая форма позволяет теплоносителю дольше находиться в зоне нагрева и, соответственно, воспринимать больше тепла. Именно это и предстоит проверить экспериментально.
На основе полученных данных будет проверена эффективность коллектора, а также выявлена зависимость величины теплосъема от уровня солнечной активности.
Опишем методику исследований согласно рис. 5.
Циркуляционные насосы 7 подают воду из холодного водопровода в каждый из емкостных водонагревателей (5, 4), заполняя их.
В данной части эксперимента требуется выяснить нагревательную мощность коллектора HY-CY 4. Сначала включается подача в солнечный коллектор. Для этого открываются краны 15. Вода заполняет емкостный водонагреватель коллектора, который подбирается по определенным параметрам гелиосистемы [13]. Вода в этом баке контактирует с нагревательными трубками коллектора. Солнечное излучение воспринимается данными трубками, в которые вставлены медные нагревательные пруты. От воспринятого излучения пруты нагреваются по длине и передают свою тепловую энергию воде в емкостном водонагревателе. Затем вода по трубопроводу поступает потребителю, а бак снова заполняется холодной водой. Термодатчики 11 измеряют температуру в подающем и обратном водопроводах соответственно и передают данные на контрольно-измерительный прибор 16. На экране данного прибора можно посмотреть температуру теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах, чтобы выяснить, на сколько градусов данный солнечный коллектор смог нагреть холодную воду в течение одного часа. Манометры 10 служат для измерения перепада давления, а водосчетчики 8 для измерения расхода теплоносителя в трубопроводах.
Рис. 5. Принципиальная схема установки солнечных коллекторов:
1 - солнечный коллектор SUN 1; 2 - солнечный коллектор SUN 3; 3 - солнечный коллектор «Сокол»; 4 - солнечный коллектор HY-CY; 5 - емкостный водонагреватель;
6 - стагнационный радиатор; 7 - циркуляционный насос; 8 - водосчетчик;
9 - фильтр; 10 - манометр; 11 - термодатчик; 12 - сливной кран;
13 - воздухоотводчик; 14 - термометр емкостного водонагревателя;
15 - шаровые краны; 16 - контрольно-измерительный прибор Fig. 5. Schematic diagram of the solar collectors installation: 1 - solar collector SUN 1;
2 - solar collector SUN 3; 3 - solar collector "Socol "; 4 - solar collector HY-CY;
5 - indirect boiler; 6 - stagnation cooler; 7 - circulation pump; 8 - water counter;
9 - water filter; 10 - manometer; 11 - temperature sensor; 12 - drain valve; 13 - bleed screw;
14 - indirect boiler thermometer; 15 - ball valves; 16 - measuring instrument
В следующей части эксперимента необходимо выяснить нагревательную мощность коллектора «Сокол» 3. Краны 15 коллектора HY-CY закрываются и открываются задвижками 15 коллектора «Сокол». Запускается циркуляционный насос 7, который перекачивает первичный теплоноситель (им может быть как вода, так и антифриз) через солнечный коллектор 3. Поглощающая панель коллектора воспринимает солнечное излучение и передает тепловую энергию трубкам, расположенным прямо под ней, которые, в свою оче-
редь, нагревают протекающую через них жидкость. Затем этот теплоноситель попадает в змеевик, расположенный в емкостном водонагревателе 5, и нагревает воду в нем. Затем уже теплая вода поступает к потребителю, а бак снова заполняется холодной водой. Манометры 10 и расходомеры 8 измеряют перепад давления и расход первичного теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах соответственно. Термодатчики 11 также измеряют начальную и конечную температуры первичного теплоносителя и аналогично передают информацию на контрольно-измерительный прибор 16. Термометр 14 показывает температуру в емкостном водонагревателе.
По аналогичной схеме происходит испытание солнечных коллекторов SUN 1 и
SUN 3.
В ходе всего эксперимента применяется тепловизор для измерения теплопотерь каждого солнечного коллектора, а также пиранометр для измерения солнечной активности, контактные термометры для измерения температуры абсорберов и стекол солнечных коллекторов. Застойный радиатор 6 необходим для охлаждения теплоносителя во время простоя установки.
В итоге данные по каждому солнечному коллектору сравниваются между собой. В конце концов, мы получим сравнительную характеристику 4-х солнечных коллекторов.
На данный момент разработана и собрана экспериментальная модель солнечного коллектора SUN 3. Параметры работы солнечного коллектора моделируются и изучаются эмпирическим методом. Проводятся замеры показателей солнечной активности. Полученные данные регистрируются в табл. 2.
Данная таблица будет заполнена в процессе научных испытаний и опубликована в следующих материалах.
Таблица 2
Образец таблицы данных
Table 2
Sample of a data table
Время, мин / Time, min Температура теплоносителя на входе в коллектор, °С / Inlet temperature,°C Температура теплоносителя на выходе из коллектора, °С / Outlet temperature,°C Температура поглощ. пласт., °С / Absorber temperature, °С Температура поверхности стекла, °С / Glass surface temperature, °С Солнечная активность, Вт/м2 / Solar activity, W/m2
HY-CY Сокол / Socol SUN 1 SUN З HY-CY Сокол / Socol SUN 1 SUN З SU№ -
Для вычисления температуры жидкости на выходе из коллектора эмпирическим методом необходимо знать величину полного коэффициента теплопередачи коллектора.
Эмпирическое соотношение для полного коэффициента теплопередачи было получено в [14] на основе [15] и записано в формулу
С N , 1 , g(Tp+Ta)(T^+Tl)
, (i)
где - число стеклянных покрытий; -т - постоянная Стефана - Больцмана; ^р - степень
черноты пластины; гк - степень черноты стекла; Та _ температура окружающей среды, К;
- температура поглощающей пластины, К; - коэффициент конвективной теплоот-
Вт
дачи в окружающую среду, , который определяется по уравнению
= 5,7 | 3,8У (2)
где V - скорость ветра, м/с.
Температура жидкости на выходе из коллектора Т^- вычисляется по формуле, ранее выведенной в [16]:
(3)
где W - расстояние между трубками коллектора, м; F' - эффективность коллектора; S -энергия солнечного излучения, поглощенного единицей поверхности, Дж; Ut - полный коэффициент теплопередачи, Вт/м-°С; Ta - температура воздуха, К; Tfi - температура жидкости на входе в коллектор, К.
В дальнейшем по получении экспериментальных данных будет представлен график зависимости температуры теплоносителя от длины трубок коллектора SUN 3.
Выводы
Результаты исследования:
1. Проведен анализ существующих моделей солнечных коллекторов.
2. Теоретически разработан подход к повышению эффективности процессов теп-лопереноса в плоском солнечном коллекторе.
3. Разработан новый тип солнечного коллектора под названием SUN 3 с увеличенным новым трубным теплообменником.
4. На SUN 3 получен патент на полезную модель [17].
5. Доработана методика испытаний и сравнения солнечных коллекторов различных моделей.
Для завершения исследования необходимо провести испытания плоского солнечного коллектора SUN 3 на экспериментальном стенде и сравнить экспериментальные данные с расчетными.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Jacobson M.Z., Delucchi M.A. Providing all global energy with wind, water, and solar power. Part I: Technologies, energy resources, quantities and areas of infrastructure, and materials // Energy Policy. 2011. Vol. 39. P. 1154-1169.
2. Kalogiroua S.A., Karellasb S., Badescuc V., Braimakis K. Exergy analysis on solar thermal systems: A better understanding of their sustainability // Renewable Energy. 2016. Vol. 85. P. 1328-1333.
3. Quaschning V. Solar thermal water heating // Renewable Energy World. 2004. Vol. 02. P. 95-99._
4. Meyer J.-P. Thermosiphonic systems: focus on installation // Sun & Wind Energy. 2012. No. 4. P. 48-56.
5. Kalogirou S.A. Solar thermal collectors and applications // Progress in Energy and Combustion Science. 2004. Vol. 30, issue 3. P. 231-295.
6. Ramadhani B., Rwaichi J.A. Minja, Karoli N. Njau. Experimental analysis of air flow patterns in perfomance of flat plate solar collectors // African journal of agricultural research. 2015. Vol. 10 (6). P. 524-533. DOI: 10.5897/AJAR2012.2179
7. Rosario A. Calculating the Solar Energy of a Flat Plate Collector // Undergraduate Journal of Mathematical Modeling: One + Two. 2014. Vol. 6, issue 1. Article 1. DOI: 10.5038/2326-3652.6.1.4857
8. Даффи Дж.А., Бекман У.А. Тепловые процессы с использованием солнечной энергии. М.: Мир, 1977. 413 с.
9. Garge H.P. , Chakraverity S., Shukla A.R., Agnihotri R.C. Advanced tubular solar energy collector - a state of the art // Energy Convers. Mgmt. 1983. Vol. 23, no. 3. P. 157-169.
10. Tiris M., Tiris С. Optimum collector slope and model evaluation: case study for Gebze, Turkey // Energy conversion. 1998. № 39. P. 167-179.
11. Патент на полезную модель № 112364 Российская Федерация, U1, F24J2/ 24. Солнечный коллектор / М.Ю. Толстой, Н.В. Акинина, А.А. Туник. № 2011130485/06; за-явл. 21.07.2011; опубл. 10.01.2012. Бюл. № 1.
12. Туник А.А. Разработка солнечного коллектора с учетом климатической зоны Восточной Сибири // Вестник ИрГТУ. 2012. № 3. С. 101-105.
13. Junaidi H., Henderson D., Muneer T., Grassie T., Currie J. Study of Stratification in a (ICSSWH) Integrated Collector Storage Solar Water Heater // 9th AIAA/ASME Joint Thermo-physis & Heat Transfer Conference. San Francisco, California. 2006.
14. Klein S.A. The Effects of Thermal Capacitance Upon the Performance // Transactions of the Conference on the Use of Solar Energy. University of Arizona Press, 1958. Vol. 2, Part 1. P. 74.
15. Hottel H.C., Woertz B.B. Performance of Flat-Plate Collectors // Trans. ASME. 1942. Vol. 64. P. 91.
16. Туник А.А. Математическая модель процессов тепломассопереноса в плоском солнечном коллекторе SUN 1 // Вестник МГСУ. 2016. № 1. С. 126-142.
17. Патент на полезную модель № 153795 Российская Федерация, U1, F24J2/24. Солнечный коллектор / М.Ю. Толстой, А.А. Туник, А.А. Лапковский. Опубл. 10.08.2015. Бюл. № 22.
REFERENCES
1. Jacobson M.Z., Delucchi M.A. Providing all global energy with wind, water, and solar power. Part I: Technologies, energy resources, quantities and areas of infrastructure, and materials. Energy Policy, 2011, vol. 39, pp. 1154-1169.
2. Kalogiroua S.A., Karellasb S., Badescuc V., Braimakis K. Exergy analysis on solar thermal systems: A better understanding of their sustainability // Renewable Energy, 2016, vol. 85, pp. 1328-1333.
3. Quaschning V. Solar thermal water heating. Renewable Energy World, 2004, vol. 02, pp. 95-99.
4. Meyer J.-P. Thermosiphonic systems: focus on installation. Sun and Wind Energy, 2012, no. 4, pp. 48-56.
5. Kalogirou S.A. Solar thermal collectors and applications. Progress in Energy and Combustion Science, 2004, vol. 30, issue 3, pp. 231-295.
6. Ramadhani B., Rwaichi J.A. Minja, Karoli N. Njau. Experimental analysis of air flow patterns in perfomance of flat plate solar collectors. African journal of agricultural research,
2015, vol. 10 (6), pp. 524-533. DOI: 10.5897/AJAR2012.2179
7. Rosario A. Calculating the Solar Energy of a Flat Plate Collector. Undergraduate Journal of Mathematical Modeling:One + Two, 2014, vol. 6, issue 1, article 1. DOI: 10.5038/2326-3652.6.1.4857
8. Daffi Dzh.A., Bekman U.A. Teplovye protsessy s ispol'zovaniem solnechnoi energii [Heat processes with the use of solar energy]. Moscow, Mir Publ., 1977. 413 p.
9. Garge H.P. , Chakraverity S., Shukla A.R., Agnihotri R.C. Advanced tubular solar energy collector - a state of the art. Energy Convers. Mgmt., 1983, vol. 23, no. 3, pp. 157-169.
10. Tiris M., Tiris S. Optimum collector slope and model evaluation: case study for Gebze, Turkey. Energy conversion, 1998, no. 39, pp. 167-179.
11. Tolstoi M.Yu., Akinina N.V., Tunik A.A. Solnechnyi kollektor [Sun collector]. Patent RF, no. 112364, 2012.
12. Tunik A.A. Development of a Solar Collector with the Regard for the Eastern Siberia Climatic Zone. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta [Proceedings of Irkutsk State Technical University], 2012, no. 3, pp. 101-105. (In Russian)
13. Junaidi H., Henderson D., Muneer T., Grassie T., Currie J. Study of Stratification in a (ICSSWH) Integrated Collector Storage Solar Water Heater. 9th AIAA/ASME Joint Thermo-physis and Heat Transfer Conference. San Francisco, California. 2006.
14. Klein S.A. The Effects of Thermal Capacitance upon the Performance. Transactions of the Conference on the Use of Solar Energy. University of Arizona Press, 1958. Vol. 2, Part 1. P. 74.
15. Hottel H.C., Woertz B.B. Performance of Flat-Plate Collectors. Trans. ASME, 1942, vol. 64, p. 91.
16. Tunik A.A. Mathematical model of heat-mass exchange processes in a flat solar collector SUN 1. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering],
2016, no. 1, pp. 126-142. (In Russian)
17. Tolstoi M.Yu., Tunik A.A., Lapkovskii A.A. Solnechnyi kollektor [Sun collector]. Patent RF, no. 153795, 2015.
Информация об авторах
Зуев Иван Александрович, магистрант, e-mail: siti.proekt@mail.ru; Иркутский национальный исследовательский технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, д. 83.
Толстой Михаил Юрьевич, кандидат технических наук, профессор, заведующий кафедрой инженерных коммуникаций и систем жизнеобеспечения, e-mail: tolstoi@istu.edu; Иркутский национальный исследовательский технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, д. 83.
Туник Александр Александрович, аспирант кафедры инженерных коммуникаций и систем жизнеобеспечения, e-mail: alextun@mail.ru; Иркутский национальный исследовательский технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, д. 83.
Критерии авторства
Зуев И.А. выполнил 25 % работы, Толстой М.Ю. - 25 %, Туник А.А. - 50 %. Туник А.А. несет ответственность за плагиат
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Information about the authors
Zuev I.A., candidate for a master's degree, Department of Engineering communications and life support systems, e-mail: siti.proekt@mail.ru; Irkutsk National Research Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
Tolstoy M.Yu., candidate of technical sciences, professor, Head of chair of Department of Engineering communications and life support systems, e-mail: tolstoi@istu.edu; Irkutsk National Research Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
Tunik A.A., post-graduate, Department of Engineering communications and life support systems, e-mail: alextun@mail.ru; Irkutsk National Research Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
Contribution
Zuev I.A. - 25 %, Tolstoy M.Yu. - 25 %, Tunik A.A. - 50 %. Tunik A.A. bears the responsibility for plagiarism.
Conflict of interests
The authors declare that there is no conflict of interest regarding the publication of this
article.
Статья поступила 18.05.2016 г.
The article was received 18 May 2016
