CC BY
85
11.Sudachenko V.N., Erk A.F., Timofeev E.V., Metodika obosnovaniya moshchnosti i vybora oborudovaniya istochnikov avarijnogo ehnergosnabzheniya ob"ektov
sel'hozproizvodstva [Method to substantiate the capacity and equipment options for emergency power supply sources for agricultural production facilities]. Tekhnologii i
tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produkcii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2017; N 92: 57-67
12.Timofeev E.V., Erk A.F., Sudachenko V.N., Razmuk V.A. Optimizatsiya skhem energosnabzheniya sovremennykh
sel'skokhozyai stvennykh predpriyatii
[Optimization of power supply schemes of modern agricultural enterprises]. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produktsii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2018. N 1 (94): 63-71. (In Russian)
УДК 631 152 DOI 10.24411/0131-5226-2018-10055
РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ГЕЛИОКОЛЛЕКТОРА
E.B. Тимофеев, канд. техн. наук; В.Н. Судаченко, канд. техн. наук;
А.Ф. Эрк, канд. техн. наук; В.А. Размук
Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства (ИАЭП) -филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМ
Использование энергии солнца для нагрева воды в интенсивных машинных технологиях производства животноводческой продукции и в быту сельских жителей весьма перспективно. Для этих целей целесообразно применять плоские коллекторы солнечной энергии. Суммарный годовой приход солнечной радиации для Северо-Западного региона РФ колеблется от 700 до 1300 кВтч/м2. Наибольшая часовая радиация наблюдается в мае, июне и июле и в полдень достигает 0,45-0,55 кВтч/м2. В августе, сентябре, и октябре радиация снижается в два раза. Солнечные коллекторы могут быть полезны лишь при сезонном их использовании. Поэтому дорогостоящие водонагревательные установки с солнечными коллекторами не получили широкого распространения на территории Северо-Западного региона РФ. В перспективе преимущество получат установки простой конструкции с низкой стоимостью для локальных потребителей. Целью исследований было определение возможностей нагрева воды, пригодной для использования в сельхозпроизводстве и быту сельского населения, с использованием простого гелиоколлектора в реальных условиях летнего периода года в Ленинградской области. Исследования проведены в одноконтурной термосифонной системе солнечного горячего водоснабжения, состоящей из разработанного в институте простого солнечного коллектора и бака аккумулятора. Температура нагрева воды на выходе из коллектора зависит от величины солнечной радиации и достигает 70-80°С, бак с водой в течение дня прогревается до 50-65°С. Водонагревательную установку с разработанным в институте солнечным коллектором, обеспечивающим указанные параметры нагрева воды, целесообразно использовать в интенсивных машинных технологиях производства животноводческой продукции и в быту сельских жителей.
ISSN 0131-5226. Теоретический и научно-практический журнал.
_ИАЭП. 2018. Вып. 96_
Ключевые слова: солнечный коллектор; водонагревательная установка; бак-аккумулятор; животноводство; быт; сельская территория; интенсивная машинная технология.
Для цитирования: Тимофеев Е.В., Эрк А.Ф., Судаченко ВН., Размук В.А. Результаты экспериментальных исследований гелиоколлектора // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2018. № 3 (96). С. 27-33.
RESULTS OF EXPERIMENTAL STUDIES OF SOLAR WATER HEATER
E.V. Timofeev, Cand. Sc. (Engineering); V.N. Sudachenko, Cand. Sc. (Engineering);
A.F. Erk, Cand. Sc. (Engineering); V.A. Razmuk
Institute for Engineering and Environmental Problems in Agricultural Production (IEEP) - branch of FSAC VIM, Saint Petersburg, Russia
The use of solar energy to heat the water in intensive machine-based technologies for the livestock production and in everyday life of rural people holds much promise. Flat solar energy collectors are recommended for this purpose. The total annual incoming of solar radiation in the North-West Region of the Russian Federation ranges from 700 to 1300 kWh / m2. The biggest hourly solar radiation is registered in May, June and July; at midday it reaches 0.45-0.55 kWh / m2. In August, September and October the radiation is twice as low. Solar collectors can be effective only under their seasonal use. That is why expensive water heating installations with solar collectors are not widespread in the North-Western Region of the Russian Federation. In the long term, low-cost installations of a simple design for local consumers will gain the advantage. The aim of the study was to assess the feasibility of heating the water for agricultural and domestic use with a simple solar collector under the real summer conditions in Leningrad Region. A single-circuit thermosyphon solar water heater consisting of a simple solar collector and a hot water accumulator tank developed at the Institute was investigated. The water heating temperature at the collector's outlet depended on the solar radiation and reached 70-80°C, the water tank during the day warmed up to 50-65°C. The water heating installation with a solar collector designed at the Institute, providing such water heating parameters, was found feasible for application in intensive machine-based technologies for the livestock production and in the everyday life of rural people.
Key words: solar collector; water heating installation; accumulation tank; livestock rearing; everyday life; rural area; intensive machine-based technologies.
For citation: Timofeev E.V., Erk A.F., Sudachenko V.N., Razmuk V.A. Results of experimental studies of solar water heater. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produkcii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2018. 3(96): 27-33. (In Russian)
Введение
Использование энергии солнца в сельском хозяйстве возможно в следующих направлениях:
фотоэлектрическая энергия - физическое преобразование света в электроэнергию для подачи потребителям или в сеть[1,2,3],
пассивная энергия - инженерная адаптация сооружений для освещения, обогрева, охлаждения помещений,
тепловая энергия- использование поступающего тепла для нагрева воды, приготовления пищи и т.п. в основном для локальных потребителей[4,5,6].
Использование энергии солнца для нагрева воды на технологические нужды
животноводческих ферм и в быту сельских жителей весьма перспективно. Для нагрева воды целесообразно применять плоские коллекторы солнечной энергии[7,8].
Суммарный годовой приход солнечной радиации для Северо-Западного региона РФ колеблется от 700 до 1300 кВтч/м2. Наибольшая часовая радиация наблюдается в мае, июне, июле в полдень достигает 0,450,55 кВтч/м2. В августе, сентябре, и октябре радиация снижается в два раза. Солнечные коллекторы могут быть полезны лишь при сезонном их использовании. Поэтому дорогостоящие водонагревательные
установки с солнечными коллекторами не получили широкого распространения на территории Северо-Западного региона РФ. В перспективе преимущество получат установки:
-простой конструкции с низкой стоимостью; - для локальных потребителей.
В данной работе исследования проведены одноконтурной термосифонной системы солнечного горячего
разработанного в институте простого солнечного коллектора и бака аккумулятора [9,10].
Целью исследований являлось определение возможностей нагрева воды, в реальных условиях летнего периода года в Ленинградской области, пригодной для использования в сельхозпроизводстве и быте сельского населения.
Материалы и методы
В качестве объекта исследований принят плоский гелиоколлектор, разработанный и изготовленный лабораторией 5 ИАЭП
При испытаниях гелоколлектора факторы, подлежащие исследованию:
величина солнечной радиацииВт/м2; температура воды на входе и выходе из коллектора tвx{tBЬIX), °С;
расход воды (9, л/3 / с;
'ОКР
температура
окружающего воздуха
температура воды в верхней и низшеи точки бака-аккумулятора /
Рис. 1. Общий вид экспериментального образца
гелиоколлектора 1 - солнечный коллектор, 2 - бак накопитель с телоизоляцией.
I I
направление движение теплоносителя
В целом экспериментальная установка для нагрева воды состоит из гелиоколлектора, бака-аккумулятора и соединительных трубопроводов.
устанавливаются на специальную подставку так, чтобы коллектор располагался ниже бака на 0,3 м. Угол наклона коллектора к горизонту 45 градусов, ориентация ЮГ. Отбор воды для использования производится из верхней части бака. Подача холодной воды в бак снизу под давлением.
Принят пассивный метод проведения исследований. При естественной величине светового дня следующие основные факторы: величина солнечной радиации (/),
температура теплоносителя на входе и выходе (¡ВЬ1Х) из коллектора, расход теплоносителя (О), температура воды в верхней (/ш,х ) и нижней (1,П1Ж ) части бака аккумулятора, а так же возмущающий
ISSN 0131-5226. Теоретический и научно-практический журнал. _ПАЭП. 2018. Вып. 96_'
фактор - температура окружающего воздуха
(?ою>) ■
Исследования проводились в период с июня по сентябрь при разных величинах солнечной радиации.
Результаты и обсуждение
В результате экспериментальных исследований получены значения величин солнечной радиации, температуры теплоносителя на входе и выходе из коллектора, расхода теплоносителя, температура воды в верхней и нижней частях бака аккумулятора и температура окружающего воздуха во времени.
Фрагмент изменения величины солнечной радиации в течение одного из летних дней представлен на рис.2
Рис. 2. Изменение солнечной радиации в течение одного из летних дней
Как видно из рис. 2, значение величины солнечной радиации в первой половине дня
2 _ оол г, / 2
возрастало от 200 Вт/м до 820 Вт/м (максимальное значение в этот день).
Во второй половине дня наблюдалось снижение до 350 Вт/м2. Характер изменения солнечной радиации носил равномерный характер без резких скачков, что свидетельствует о наличии солнечного излучения без атмосферных колебаний.
Фрагмент полученных значений температур на входе и выходе из коллектора и в баке аккумуляторе представлен на рис. 3.
Рис. 3. Значения величин температуры теплоносителя на входе и выходе из коллектора и в баке аккумуляторе в течение дня
Как видно из рисунка 3 температура теплоносителя на выходе из коллектора достигала 80°С в дневные часы. В баке аккумуляторе теплоноситель нагрелся до 50°С. Температура теплоносителя в нижней части бака (вход в коллектор) значительно ниже (до 42°С, чем в средней его части).
При проведении экспериментальных исследований было определено
совершенство конструкции коллектора. Так анализ температур окружающей среды и непосредственно температуры задней теплоизолирующей стенки коллектора (рис.4) показал, что разница температур достигает 10°С.
Рис. 4. Изменение температур окружающей среды и задней стенке панели
Это свидетельствует о теплопотерях через заднюю теплоизолирующую стену коллектора.
Выводы
Температура нагрева воды на выходе из коллектора зависит от величины солнечной радиации и достигает 70-80 °С, бак с водой в
Технологии и технические средства механизированного производства продукции _растениеводства_
течение дня прогревается до величин 50-65 указанные параметры нагрева воды,
°С, Использование водонагревательной целесообразно для сельхозпроизводства и
установки с разработанным в институте быта населения сельских территорий, солнечным коллектором, обеспечивающей
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
¡.Иванов Г.А., Бобыль A.B., Ершенко Е.М., Теруков Е.И. Особенности эксплуатации солнечной автономной гибридной энергоустановки в условиях СевероЗападного Федерального округа Журнал технической физики. 2014. Т. 84. № 10. С. 63-67.
2.Бобыль A.B., Киселева C.B., Кочаков В.Д., Орехов Д.Л., Тарасенко А.Б., Терукова Е.Е. Технико-экономические аспекты сетевой солнечной энергетики в России, Журнал технической физики. 2014. Т. 84. № 4. С. 8592.
3.Аблаев Г.М., Абрамов A.C., Няпшаев И.А., Vygranenko Y.K., Yang R., Sazonov A.Y., Шварц M.3., Теруков Е.И. Гибкие солнечные
гидрогенизированного кремния // Физика и техника полупроводников. 2015. Т. 49. № 5. С. 693-696.
4.Бровцин В.Н., Эрк А.Ф. Оптимизация параметров солнечной водонагревательной установки методом вычислительного эксперимента. Технологии и технические средства механизированного производства
животноводства.2013. № 84. С. 112-125 5.Эрк А.Ф. Определение угла ориентации гелиоприемников в системах солнечного водонагрева. Технологии и технические средства механизированного производства
животноводства. 1987. № 51. С. 127-133 б.Бровцин В.Н., Эрк А.Ф. Математическая модель солнечной водонагревательной
установки. Технологии и технические средства механизированного производства
животноводства. - 2013. - № 84. - С.90-112
повышения надежности энергообеспечения крестьянских (фермерских) хозяйств // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2016. №
88. С.53-59.
8.Эрк А.Ф., Судаченко В.Н., Бутримова Е.И. Эффективность использования
энергоресурсов в сельхозпредприятиях молочного направления // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2016. № 89. С. 12-19. 9.Эрк А.Ф., Судаченко В.Н, Тимофеев Е.В., Размук В.А. Выбор типа электроснабжения сельскохозяйственных предприятий с использованием солнечных электростанций // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2016. №
89. С.19-23.
10. Судаченко В.Н., Эрк А.Ф., Тимофеев Е.В., Выбор варианта энергоснабжения объектов сельхозпроизводства по экономическим критериям // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2017. № 92. С. 43-48.
ISSN 0131-5226. Теоретический и научно-практический журнал _ПАЭП. 2018. Вып. 96_'
REFERENCES
l.Ivanov G.A., Bobyl' A.V., Ershenko E.M., Terukov E.I. Osobennosti ekspluatatsii solnechnoi avtonomnoi gibridnoi
energoustanovki v usloviyakh Severo-Zapadnogo Federal'nogo okruga [Operation of an autonomous hybrid solar power plant in the Northwestern Federal District of Russia]. Zhurnal tekhnicheskoi fiziki [Technical Physics]. 2014. Vol. 84. N 10: 63-67. (In Russian)
2.Bobyl' A.V., Kiseleva S.V., Kochakov V.D., Orekhov D.L., Tarasenko A.B., Terukova E.E. Tekhniko-ekonomicheskie aspekty setevoi solnechnoi energetiki v Rossii [Engineering and economic features of grid solar energy in Russia]. Zhurnal tekhnicheskoi fiziki [Technical Physics]. 2014. Vol. 84. N 4: 85-92. (In Russian)
3.Ablaev G.M., Abramov A.S., Nyapshaev I.A., Vygranenko Y.K., Yang R., Sazonov A.Y., Shvarts M.Z., Terukov E.I. Gibkie solnechnye moduli na osnove amorfnogo gidrogenizirovannogo kremniya [Hydrogenated amorphous silicon photovoltaic modules on flexible polymer substrates]. Fizika i tekhnika poluprovodnikov. 2015. Vol. 49. N 5: 693-696. (In Russian)
4.Brovtsin V.N., Erk A.F. Optimizaciya parametrov solnechnoj vodonagrevatel'noj ustanovki metodom vychislitel'nogo ehksperimenta [Optimization of parameters of a solar water heating installation through computational experiment]. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produkcii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2013; N 84: 112-125. (In Russian)
5.Erk A.F. Opredelenie ugla orientacii geliopriemnikov v sistemah solnechnogo vodonagreva [Calculation of tilt angle of solar energy receivers in solar water heating systems]. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produkcii
rastenievodstva i zhivotnovodstva. 1987; N 51:127-133. (In Russian)
6.Brovtsin V.N., Erk A.F. Matematicheskaya model' solnechnoj vodonagrevatel'noj ustanovki [Mathematical model of solar water heaters]. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produkcii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2013; N 84: 90-112. (In Russian)
7.Erk A.F., Sudachenko V.N. Metody povysheniya nadezhnosti ehnergoobespecheniya krest'yanskih (fermerskih) hozyajstv [Methods to improve reliability of power supply of private (peasant) farms] . Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produkcii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2016; N 88: 53-59. (In Russian)
8.Erk A.F., Sudachenko V.N., Butrimova E.I. Effektivnost' ispol'zovaniya ehnergoresursov v sel'hozpredpriyatii molochnogo napravleniya [Efficiency of energy use in dairy cattle husbandry]. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produkcii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2016; N 89: 12-18. (In Russian)
9.Erk A.F., Sudachenko V.N., TimofeevE.V., Razmuk V.A. Vybor tipa ehlektrosnabzheniya sel'skohozyajstvennogo predpriyatiya s ispol'zovaniem solnechnyh ehlektrostancij [Electrical power supply of an agricultural enterprise with the use of solar power plants]. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produkcii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2016; N 89: 19-23. (In Russian)
10.Sudachenko V.N., Erk A.F., Timofeev E.V., Vybor varianta ehnergosnabzheniya ob"ektov sel'hozproizvodstva po ehkonomicheskim kriteriyam [Selection of power supply options for agricultural production facilities by economic criteria]. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva
produkcii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2017; N 92: 43-48. (In Russian)
УДК 004 658 2 DOI 10.24411/0131-5226-2018-10056
КОМПЬЮТЕРНАЯ ПРОГРАММА СБОРА, ОБРАБОТКИ И ОТОБРАЖЕНИЯ ДАННЫХ С
МЕТЕОСТАНЦИИ DAVIS VANTAGE PR02
Э.А. Папушин, канд. техн. наук; С.Н. Матейчик
Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства (ИАЭП) -филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМ, Санкт-Петербург, Россия
В рамках календарного плана института на 2018 год по теме «Научные принципы и алгоритм формирования рациональной структуры технологических процессов обработки почвы и ухода за растениями в биологизированных (органических) технологиях возделывания сельскохозяйственных культур» была разработана компьютерная программа для сбора, обработки и отображения данных с метеостанции Davis Vantage Рго2 в районе производственной базы института «Красная Славянка». Для разработки программы был использован пакет программ Visual Foxpro 9.0. Преимущество программы - это работа с огромными массивами данных, иерархированных по временным и пространственным масштабам: получение, обмен, обработка и представление накапливаемых данных, превращение наборов данных в информационные ресурсы (данные и их метаданные) и знание. Данная программа реализована и используется с мая 2018 года для получения оперативной информации о метеорологической ситуации в заданном районе, что позволяет проводить обширный анализ многих метеопроцессов, проходящих на территории покрытия метеостанции, и определение закономерностей влияния погодных условий на рост растений.
Ключевые слова: компьютерная программа, база данных, метеоданные, автоматизация, опытное
Для цитирования: Папушин Э.А., Матейчик С.Н. Компьютерная программа для сбора, обработки и отображения данных с метеостанции DAVIS VANTAGE PR02 // Технологии и
животноводства. 2018. № 3 (96). С. 33-38.
SOFTWARE FOR ACQUISITION, PROCESSING AND VISUALISATION OF DATA FROM
DAVIS VANTAGE PRO2 WEATHER STATION
E.A. Papushin, Cand.Sc (Engineering); S.N. Mateichik
Institute for Engineering and Environmental Problems in Agricultural Production - branch of FSAC VIM, Saint Petersburg, Russia
As a part of 2018 IEEP Work plan, a computer programme for acquisition, processing and visualization of data from Davis Vantage Pro2 weather station in Krasnaya Slavyanka, the production site of IEEP, was developed in the framework of the research topic "Scientific principles and algorithm for formation of the
33
