CC BY
17УДК 697.329 О.Т. Возняк, к.т.н., доц.,
С.П. Шаповал, к.т.н., асс., О.М. Пона, аспирант, И.И. Венгрин, студентка
ВЛИЯНИЕ НАПРАВЛЕНИЯ И СКОРОСТИ ВОЗДУШНОГО ПОТОКА НА РАБОТУ СОЛНЕЧНОГО КОЛЛЕКТОРА БЕЗ ПРОЗРАЧНОГО
ПОКРЫТИЯ
Национальный университет «Львовская политехника», Украина email: ostap.pona@gmail.com
Аннотация. В этой статье описаны результаты исследования влияния воздушного потока на работу солнечного коллектора без прозрачного покрытия и приведены результаты. Установлены зависимости между различными скоростями, направлениям воздушного потока и эффективностью солнечного коллектора. Показано на сколько уменьшается эффективность солнечного коллектора при воздействии на него ветра.
Ключевые слова: солнечный коллектор, воздушный поток, солнечное излучение.
Abstract. This article describes the results of investigations of air flow to work solar collector without a transparent cover and results. It is defined the dependences between different speeds, directions of air flow and efficiency of the solar collector. It is shown by reduced efficiency of the solar collector exposed to wind him.
Key Words: solar collector, air flow, solar radiation.
Постановка проблемы. На сегодняшний день человечество активно внедряет новые экологически чистые источники энергии. Интенсивное использование традиционных источников энергии привело к появлению ряда экологических проблем, наиболее острыми из которых являются: увеличение выбросов в атмосферу углекислого газа и уменьшения толщины озонового слоя. За последние 100 лет концентрация углекислого газа в атмосфере Земли увеличилось на 13%. Потенциал альтернативных источников энергии является высоким: использование 1/100% энергии Солнца позволяет исключить использование нефти, газа и других традиционных источников.
Анализ исследований и публикаций. Среди нетрадиционных источников энергии ведущее место занимает солнечная энергетика. Существует много различных конструкций солнечных коллекторов для обеспечения бытовых и технологических нужд [5]. На их эффективность влияет много факторов: облачность, скорость и направление ветра, географическая широта и т.д. [1, 4]. Поэтому на сегодняшний день важно изучение всех факторов, которые влияют на работу солнечных коллекторов и поиск оптимальных режимов их работы.
Целью исследования является изучение влияния направления и скорости воздушного потока на работу солнечного коллектора.
Изложение основного материала. Исследования проводились на экспериментальной установке, которая состояла из солнечного коллектора без прозрачного покрытия, бака-аккумулятора, источника излучения и
измерительных приборов. Схема экспериментальной установки изображена на рис. 1.
Солнечные лучи поступает на поглотитель солнечной энергии и трубки для теплоносителя. При этом происходит их нагрев. За счет разницы температур, и соответственно разности плотностей теплоносителя в зоне входного и выходного патрубков создается циркуляция теплоносителя. Нагретый теплоноситель через подающий трубопровод 6 подается в бак-аккумулятор горячей воды 2. Нагретая вода через патрубок 7 подается потребителю. Охлажденный теплоноситель по обратному трубопроводу 5 возвращается в солнечный коллектор 1, и нагревается. Спуск воды из бака-аккумулятора происходит через патрубок 8. Выпуск воздуха — через воздухоотводчик 9.
Л
Рис. 1 Схема экспериментальной установки: 1 - солнечный коллектор; 2 - бак-аккумулятор; 3 - ртутные термометры; 4 -вентилятор; 5 - обратная трубопровод; 6 - подающий трубопровод; 7 - патрубок отбора теплоносителя; 8 - патрубок слива теплоносителя; 9 - воздухоотводчик.
На протяжении эксперимента измерялась температура теплоносителя в трех точках системы (на выходе из солнечного коллектора, на входе в солнечный коллектор и в баке-аккумуляторе) ртутными термометрами. Скорость воздушного потока измерялась термоелектроанемометром TESTO 405 - V1. Интенсивность потока энергии, излучало источник, измерялась актинометр.
Скорость воздушного потока изменялась от 2 до 6 м / с, что соответствует нормативным значениям средней скорости ветра. Была составлена матрица планирования двухфакторного эксперимента с учетом взаимодействия факторов (табл. 1).
Определяющими факторами были выбраны следующие величины:
- х1 - скорость воздушного потока V, м / с [2; 6];
- х2 - направление воздушного потока ± а, ° [0; 90];
Параметром оптимизации было выбрано количество тепла Q, кДж, что аккумулировалась в баке-аккумуляторе гелиосистемы.
Таблица 1
_Матрица планирования эксперимента_
№ Хо Х1 Х2 Х1Х2 У
1 + - - + 398,1
2 + + - - 293,3
3 + - + - 314,3
4 + + + + 230,5
На основе данных таблицы 1 получим следующее уравнение регрессии: (? = 1236,2 — 188,6х1 — 146,6x2 — 21х1х2 (1.1)
Проанализировав коэффициенты уравнения регрессии можно сделать вывод, что большее влияние на эффективность солнечного коллектора без прозрачного покрытия имеет направление воздушного потока, а его скорость - влияет меньше. Также можно утверждать, что при численном увеличении факторов, энергетическая эффективность солнечного коллектора без прозрачного покрытия будет уменьшаться.
Результаты экспериментальных исследований представлены в графической форме (рис. 2).
Из графика (рис. 2) видно, что при направлении воздушного потока, перпендикулярном солнечного коллектора и при увеличении его скорости, энергетическая эффективность солнечного коллектора уменьшается быстрее, чем при той же скорости и направлении воздушного потока, перпендикулярном к коллектору. Больше эффективность солнечного коллектора уменьшается при направлении воздушного потока перпендикулярном солнечного коллектора.
а, кДж
ыо
380
350
320
290
260
230
200
а = 0°
а-40
1
V, м/с
2
3
5
Рис. 2 Результаты экспериментальных исследований
Выводы. Важным фактором, влияющим на энергетическую эффективность солнечного коллектора является воздушный поток. Исследования показали, что эффективность солнечного коллектора без прозрачного покрытия при воздействии на него воздушного потока уменьшается до 55%, что говорит о важности его защиты от ветра.
Литература
1. Даффи Дж. А. Тепловые процессы с использованием солнечной энергии / Дж. А.
Даффи, У. А. Бекман ; пер. с англ. под. ред Ю. Н. Малевского. - М. : Мир, 1977. -420 с.
2. Возняк О.Т. Ефектившсть плоского сонячного колектора при рiзних штенсивностях та кутах падшня теплового потоку/ О. Т. Возняк, С. П. Шаповал// Науково-техшчний журнал Нова тема: гол. ред. М. В. Степанов. - №3, 2010. - с. 3234.
3. Шаповал С. П. Ефектившсть системи теплопостачання на основi сонячного колектора при змш кута надходження теплового потоку / С. П. Шаповал, О. Т. Возняк, О. С. Дацько // Вюник Нащонального ушверситету "Львiвська пол^ехшка" ["Теорiя i практика будiвництва"]. - Л. : В-во НУ "ЛП", 2009. - № 655. - С. 299-302.
4. Твайделл Д. Возобновляемые источники энергии / Д. Твайделл, А. Уэйр; пер. с англ. под ред. В. А. Коробкова. - М. : Энергоатомиздат, 1990. - 391 с.
5. Недбайло, А. Н. Использование солнечного коллектора для отопления помещения / А. Н. Недбайло, Н. Е. Ляшенко // Промышленная теплотехника. - 2010. - Т. 35, № 4. - С. 66-70.
