автореферат диссертации по энергетике, 05.14.08, диссертация на тему:Повышение эффективности солнечных коллекторов с пластмассовыми элементами

АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН ' НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ „ФИЗИКА-СОЛНЦЕ- им. С. А. АЗИМОВА

ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ им. С. В. СТАРОДУБЦЕВА

На правах рукописи

ХОЖИЕВ КАЙИМ БЕШИМОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СОЛНЕЧНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ С ПЛАСТМАССОВЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ

Специальность 05.14. 08 — Преобразование возобновляемых видов энергии и установки па их основе

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации па соискание учепой степени 1 кандидата технических наук

Ташкент-1993

Работа выполнена в Фиэико - технической институте ни. С. В. Стародубцева НПО "Физика-Солнце, АН Р Уз

Научный руководитель: — доктор технических наук,

старший научный сотрудник Р. Р. Авезов

Официальные оппоненты — доктор технических наук,

в И часов на заседании специализированного совета №Д.015 08.21 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора наук при физико-техническом институте НПО ,Физика-Солнце" АН Республики Узбекистан по адресу: г. Ташкент, ул. Г. Мавлянова, 2-6.

Отзыв на автореферат присылать 700084, г. Ташкент, ул. Г. Мавлянова, 2-6, ФТИ НПО „Физика-Солнце" АН РУз.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке АН РУз.

Автореферат разослан „ <?б ц * 1993 г.

профессор Г. Г. Умароа кандидат технических наук, старший научный сотрудник Ю .К. Рашидов

Ведущая организация: ТашЗНИИЭП

Заишта диссертации состоится

Ученый секретарь Специализированного Совета, доктор технических наук

р. Р. АВЕЗОВ.

ОБЩАЯ ХШШЕШЖт РЛН"ГУ

. Актуальность пробжею. Пробьет обеспечения растущих потребностей народного хозяйства в топяивно-энергетичеекет ресурсах наряду е кх. рациональным и экотюшганш нспояьзозаииеи включает в себя а качестве неотложных задач поисг л разработку альтернативных источников'знергкя..

В- жяиматических условиях среднеазиатских республик одним из пзргпоктавшх, экологически одетых к практически неисчерпаемее йдътернатизннх источников энергии является солнечная энергия.

Преобразований солнечной энергии в низколототто^ч^но» тетго к использование его в системах теплоснабжения шлих и коымуяАльно-б ¡лосих объектов, ивляюнугаея крупнойшиаи потребителями тепла такого из температурного потенциала представляет еобой наиболее подго-товдеккуэ обметь практического пркк«шз>гая»

Многолетний опыт эксплуатации сиетш еодтотаог'о горячего подо-скаблекпя а ^зспублмкв .Узбэхиетак показывает, что за счет еолнеч-ной энергии моаэт быть г.окр:гао около 60% родовой потребности в теп ла, расходуемом »и нужда горячг.го водосгабзшшя. Удовлетворение 50% тшштотрабиости населения в сежьской яееткоети Республики Узбекистана горячем Еодослэбаетвт за ечот еожзчной зкергки позволило би сохрмтть оргакичзехо® топоте© зхтлшяхттю® бол?«» чем 4 мгн.т.у-т. в год, Созтзчцуэ скоргкг кояко • «нем вспольввся:. для пояучзнкя йязяопог5пц«2яыюго тепш* дез ццщ е«тье"«?го хозяйства я прегсгзлспкэета ргспубгкп» •

Однако, отст«таба гесдреякя з народгахосяЯстгсззпув праятшеу систсм солнечного горячего 2одоап-1бкз:п:я ег;з кзггмзтолы:и,что с:;-;,--ленлгтея вчсоес?! сткповтьо, кптвряалоздяоетьв я еразкитольио кой г^сктивкостьо, отсутствием отлаженной технологии серийного

проиэгодстза основного эзс.чвнта сист0ш - волнбчкого КОХХООТОра

(СК)0' В светя е' эткм прдбхвма поашвнйя эффйктйшастя д умзныззная И5твряагрв5«к>втя ОС путем применения тюзих матврмагоа я технологий ■ язготоззгагтая яэяяэтея одво.1 пз актуальна* задач полвг-шой мш»-экаргаткая.

Апазяз тсэдаг^я? разгпгш доипьзогсшг солночяоЗ спаргии зо рубггзоу поядзымгт, что одт.чч г:э п^-х-'зЛ глж&гс-гя п сгашости СК. язллегея п.7;.ил"лссогл,тх гдюрга.юп,. В сг.:-

зя с отк?» отдичитслъкой чор4оп С1С з бл^айпой порви«аазе тяг':-.".-. псстзятиняя их г:бгал"л"-с:с!х олоскюэ ча гсгасс.ялсои:?.

•¿010 0:п КЗ ТОЛЬКО СПОСОбШЕ Сб-йПГ.УИГЬ К ?дс,".ну.> {г,о:'.

пагпмптпгги" корлузч) ,1» к по.~?сзгьл рст.."".;: :облс---/ "/.ризсти .-:

выхода кз строя в результате замерзания теплоноевтехя,особенно' при кзгоговяении тешеоотводяцих • каналов (ТК) тепхоприемника(ТП).

Однако, малая теплопроводность, нзбохьпея механическая прочность 8! низкая стойкость к естественному старэнип пластмассовых каториаиов существенно пралететауют широкомасштабному приуененио тг.ких СК. Сгздоайтсдьно, соаданиа СК е пластмассовыми элсизнтаик иопоерсдстэзкно связано с выбором пластмассовых материалов е фи-эико-хшическиш и механический» свойствами, удовлетворяющий требованиям» предъявляемым к материалам .прдгоддач для-изготовления тех иди иных их элементов,, При зтоы» несмотря на низкиэ теплотехнические 5! мзхашчвекие характеристики пластмассовых материалов, к ОС с пластмассовыми эяокентаыи или полностью изготовленным из пластмасс (за исключением свегопрозрачного покрытия) предъявляются то ке требования» что и к ме-гелдическин, т.е. высокая эффективность, прочность я надекноегь в эксплуатации.

Цель работи - поиск путей повшхенщ эффективности к создание ноееж СК с пластмассовыми эжемзитега.

Дей дсст::-аия поставленной цест трсбовазось решить ежэдую-1'ис задачи;

- выбрать иаибо-пее подходящие пластмассовые «атериалм для использования их с СК;

- разработать конструкции СК .е пластмассовыми эдемонтага» нз уступающие по своии эиергетичаеккм к технико-э^онокичаекки показе-' гелям традиционно мопшшчесшт возлвкхор&ы;

- определить спигокиз еффоктевноези ш разности теьтератур в стдсгьках уз пах г.* соединениях разборного «кс-тотрубного Ш е пхаст-

ГК?

- оатеинзкромчь оспохвде параметра ТП е квтеяяичесивл! гучо-аох'восрикиш пхаьгытж (ЛЯ) к пжйетыаессЕюга ТК, в текяэ оосноеть» кзготовионнзв: из пгасшзее?

- экепор::::йр:х:-.£ько кселсдас&га гф^гктиакэеть СК е шгасткЕС-ео&аш вхевзпгскв и еолзстгхш'ь их с в^фзкткокоегао трад:ап*окл1?х •.хаглг,;чееккж ко.жж^орав

О^.зртом каеягдоазяий яглшгеь? кижгопотвт; ~пжз

.-.•..тикхср: с К, «аи поггссп® изингоггггазк) ио яггв-г-

;; т. . ет кораугс;; са

Научная новизна. Основными элементам;* новизну, которые автор анносит на защиту, язяяются:

- обобщенная зависимость дхя термической эф|зктивности разборного листотрубного ТП, в которой учтены распределение температуры по пирннэ элементов фиксации (ЭФ) ЛП„ проводимость теплового зазора между ЭФ ЛИ и наружной,поверхностью стенки ТК;

- зависимости для относительных эффектиикостей различных элемантов и узлов разборного яистотрубноге ТП е пяастьассовжи ТК;

- зависимости для определения снижения тег/ператури в различных элеызнтах и (соединениях} разборного листотрубного Ш;

- результата -доследований по оптимизации основных параметров Ш СК в пластмассегыгш элементами;

- сатирические зависимости дгя определения эффективности разборных (Ж а шгасгиаееовкыи элемзнтямя»

Достоверность результатов исследования. Достоверность подученных результатов основана нж хорошем совпадении расчетных я экс-пэрименткльшх дакних одинаког-ых' неходких параметрах, срав-НЭ1П«; результатов расчетов е известными решениями я получении поеледпкх :гз прэдлокенных эазиеяюетей щйьгоответствущах дояуцз-алях»

Псаатаческсо -значение. Предложена конструкции,язготовло1?.г и проаоденн лабораторные иегагтакая опет?;;?х образцов СК е пхастл'аеео^н-:я5 элементами. Установлено злижке теплотохничоекях характеристгп? отдельных элементов и узлов коллектора ия его обг$уэ зфф^ктюзкоет* и предложены путл умекьяенпя влияют фактора»»отртртеяыю хвисг-";нх на производительность СС. Результата гюслздовашЯ могу? сиг:) попользованы при разработке СК нового поколения! с ирпкекенасм пластмасс) е узугг<5ге?.шя тсплотохиачесяиля и. гехшяо-эхоиокнчосх::: - • характеристикам:!.

Еяодтсняа оззультатоз иссзадоеаиай « Результата язилксь основой для создания огаш-здх образцов СК в ргзборкш яке-» тотрубкш Ш (е квтадлаческой Ж к швсгассоскм ТК яэ тсш:о5?р:',~ •:ого полиэтилена). Рззультатн псслвдогагай кепользовшг; тзкгв печ составлений технического задетая вз разработку СК косого коколо-"к!я с пластнассогад корпусов « Ш» колкость» яэготовлеагг* ни пластмассы "(полипропилена) методе:.! экструзш.

Апробация тпботц, Результата дясеортовди ."оясг.я-гн пя: ??еауб.?и:«нвккх кдучко-пвактячос.'сях шж^оренщисс ч0<яго2!г.тз кап;: -.я-

ч экда использования солнечней эноет-.гд Г! а-лг-адн;;;? хоэаР.сгг»-" (К , "й-тксльяовакц* гозо<5яоз;ь-с».*е; туготянчггк;*

практике народного г хозяйства рбспуЗлккя"Сврунэе Д938), "Испояь-80Е£НК0 солнечной энергкк в народном хозяйстве"(Т&акент,1991), "Проблею к перспективы использованал нетрадиционных источников энергии"(Кишинев,1989), Научной сешгнарэ лаборатории гвлиофизичвс-кого нвправяэния ИИ НПО "Физика-Согнуе" АН РУз (Тешяент,1992)„

Пубяикащга. - По мне даесертацкокной работы опубликовано II научных статей.

Структура ти объем работ«» Диссертация состоит из »ведения, трех гд&в,аакаоченш:, списка ягтератург ез 8? надшановздшя. Объем ргбота ео«авйяег129 страниц, в тем чиеяз кязшетраций 31, «ай-¿ззд II» присе&иай.

сохший® РАБОТЫ

Во йведеншк обосшв&ка актуальность проблеял, сформухаровакл ц£;-.ь к задачи ксслодованиЯ, основные вйемвита тучкой навизн;:,которые акносятея кз згщиту, практическое значение рабо?и.

В первой главе приведен обзор » дан оно;'.:з иироюго опыта па разработке н создаю® пластмассовые: 1П ккзкопотенциаяькьк; СК. Н& основе анализа к обобщения иирогого о гаге а е области разработки г: создания кизкопотенциаямавс пяасткаесовааг 111 СК вапохкена' систематизация их по основным признакам в еост«в«внз сооиветствуюзая ве&< скфикадия (рис.1). &тоякантй енагкз дозволяв? еабрать наиболее подходящие шеаетиаееовыэ каяеряиег» етвечащие "еробоввнкян, прадг-явжяекнн дяя кзготоБсегак ЛП»ТК ТП,еЕетопрозр£Чг15га покрытия к ХОКЗОХЯП^ОНКаГО корпус?.« . • .

Вторая ргава пеевяяенл изучения «ернической аффокткккоети к оптиинэада оековкцх параметров СК с разборнш лиетотрубк^/ ТП с пластмассовыми ТК„ В еуг,етавуюа;их зависимостях дкя термической сС фсктквностк разборных аистотрубиих ТП не учтено распределений те:, ператури по шрине Э5 ЯП. Как поназиваот исслодоьаная, уч».' ©тоге фактора позполает сущзстшнко раскрать физико-ы8Хйкичбску.э кяртк-ку процесс« переноса тепла «езду Щ ЛП к ЗК к поручить более до~ «тссернуо зшшскыость дяп раеодг£ «ериичоской эффективности р*з-бор:.£,;х юютотрубгаас Ш, особенно йзгогозлаюсс: ка разнороден™ иь-териЕЛов: охасткаес СТК) р ызтеджов (ЛП).

Значение средней па шгрине тссторьтури 32 ЛП разборка;; етст< трубких ТО (4;а) кожо пайтк,кг

пластмассовые тешюприэшшш ДМ солнечных комекторов

Т?ШАШ

жтотруше

РАЗБОРНЫЙ

I

} ст^оогзодя- |

прпзг;з.ти{ чвсккя :ш! ! :.-руг.г:г:с труб, '

^ ^ ™ л ьно

уЛО~СШ11К

пготко друг г: .г.ругу а соодн :.зн!г.гг осп:г:; г!1др"агичес-

:фуГЛКЭ

труба.уго-

ггкнуа з кпда егп-

С пзрзгород-

ейш п22фз

I Лучспоггоиггщал глгспп:

I ;:эготоплэна т-.'п-опрого.'' { :юго ;.:зт0р:гяг* ('.иста) ' ' '! плоатвэдяшй гздш-кэ ! | пгасткэесогих т"пуб,пр:гха-'

.Л^'—СГ^лгдхггг-^-ХТЛСЕ;::

Пвготозяснгалм накшягпэ «гсто-дси зкстругкн

плоские

?•'*.•;:а (одно- 1

здисся спша I 2ШуТ Гу\2 ЛТ О

и 3 г1 с т о ти т с пь^! г3 СПр'V15

РпоДЛ, К.г!свг^сзш!я «г5ек.г.~.ссс:-мх 21»2спр!еппяоз-

Заражение для распределения температура-па сирине ЭФ ЛП, полученное на основе решения балансового уравнения для элементарного участка Эф толщиной Б* к шириной АХ (рис.2.) вид

сЬПа-х|\[

§чтз>

(2)

Подставляя значения "ихиз (2) в выражение (I) и,интегрируя его, получаем , . *

где

Эф

1 ^ ^

а'

С4)

1 " •

тершческая эффективность ЗЗ^Ш.

Используя выр&кение (3) ие развивая существующие методы рае-чета(Бэшана,Даффи к Авезова), в которые не учитывалось распределение тсшшратуры по иириме ЭФ' 1П и значение принималось рав-гши единице8 в работе вкведека обобщенная зоьксиыосгь для определения терикческсй эффективности (.?тп) пластмассовых 2П, наиболее-распространенных б шровой практике СК:

! ТП

где

-1 И

ЯО. ад Кг» Ьп '*?зо

1">0

6 ~~ .

Лу-' е

(5)

(6)

(7)

С."

г

Выражение (5) дает возможность провести всесторонний теплотехнический анализ той или иной конструкции IÎI СК е учетом распределения температур в ЭФ ЛП ТП (в случае разборных листотрубных ТП); оценить снижение эффективности й разности температур в различных участках ТП, а также осуществить оптимизацию межтрубного

расстояния(ширнну ЛП) и расхода теплоносителя через ТК ТП.

В частном случае, когда тепловой контакт между ЭФ и ТК идеальный, T.e.&rj = выражение (6) примет вид

Аг= --Ц----(9)

(я.аЛ^-сЦи^р.о

В ТП СК е пластмассовыми ТК отдельные участки, йепосредственно поглощающие солнечное излучение (С|н ), для защиты от воздействия солнечного излучения могут быть полностью покрыты(обхвачены) ЭФ ЛП, т.е.(dH-0 )„ В связи с этим выражение (6) для ТП с пластмассовыми ТК принимает вид

Д ---:- + . , 1 ■ (10)

Ml ^t^

Расчеты,выполненные для разборного лиетотрубиого ТП с пластмассовыми ТК с наружным диаметром 20 мм и толщиной стенки 2 мм, полностью обхваченными ЭФ ЛП из листовой ет&ли толщиной 1нм и шириной 0,056 ц. при ширине ЭФ (Ol) 0,0314 м, =7,2 Вт/^^С), показывают,что расхождение между значениями £ , при которых соответственно учтено и не учтено распределение температуры по аирк-не ЭФ ДП, при толщинах воздушного теплового зазора между ЭФ ЛП и наружной поверхностью стенки Ш (STs ) от 0,01 до 0,2 мм,составляет,в среднем 4,5%.

Зависимости *?9ф и Kts*?9<?b выражении (6) от ^^ приведены на рис.3. Как следует из сопоставления значений ^^ и W-tj V-av для воздушного и теплопроводного клеевого тепловых зазоров,- замена в о здушного теплового' зазора ка клеевой теплопроводный позволяет существенно повысить значение Rra1?» .что является весьма сущест-. венным фактором в повышении эффективности СК.

Сравнительно низкая эффективность разборных листотрубных ТП .объясняется снижением эффективности при передаче поглощенного солнечного тепла из одного элемента а другой вследствие рззборности конструкцийточнее - неизбежности воздушных зазоров в местах сопряжения ЛП л ТК).

Как показывает выполненные исследования,оцонка снижения эффективности з тех ита иных элементах разборного листструбного Ш сводится к определен!® относительной термической эффективности ТП,

Под сткоситвзыю» таралчсгаой айактишаетьэ *Ш понимается отко-понив термической зф£о:яшдаостк реасьиого '-Ш ( ^ТП(>) к терюшас-ксй эффективное™ ТО е идеальной тепловой характеристикой рассматриваемого L - го элемента C?Tni). относительно которого определяется термическая эффективность ТП,?.е.

hL - (И)

Гетн " к

Как показывает исследования, еущественгедти факторами,влияв-с;кчи на тзрмическуп эффективность разборных хнетотрубшх ТП являются снипекия эффективности б тепловом зазоре ыегду ЭФ ЛП и наружной nonepxHocTbD стенки ТК, самой III, в стенка ТК, & также на внутренней поверхности стенки ТК.

Выражения ддя определения относительных термических вффектии коехяй ддя теплового зазора С?^ ствгам

и внутренней поверхности стенки "Ш I ), полученные на основа (5) - (8), имеот вид

= I - -------Г » (12)

—-i---В^С

. *п I- ^лп

b„t 1----— > CI3)

С »4- 7—Ьт~'' ' ' (14)

Aj + В + С

d. к. С

О =1- --- • . (15)

Зависимость от для ТП.ДП которых изготовле

кг ыедк,сишинкя и ет&яи (CLhr. - 0,1 и, *= * a ТК из тс г.;.. стсПксГ. полиэтиленовой труби с иарувним к внутренним дкаиетрзмн, соответственно, 20 к 10 uu 0,44 BrAu.cC) =0,002 и,

Ьг - 0.С566 v и = 0,05026 и), приведена на рис.4. Как сяедуст из рис.4,основное снижение эффак-гигнсет;: листотрубного ТП,и оско-нем, гетходитсн нз диапазон изменения ^tjotj7»90т ^ что соотг^тсr-уст условной толцинэ воздушного твпаового зазор« -г 0,1С- -л; и Cc-v:;. с.

Как следует из выражения (13), чей вше коэффициент тепхопро-водноети материала ЛИ, и,соответственно, , тем визе ее относительная териическая эффективность. По этой причине ЛИ разборных листотрубных "ГО, как правило, изготавливаются из высокотеплопровод-;злс материалов. л

, »/ ^^ м

Зависимость 7 ОТ|| от — при Ь3 = 0,0566 и приведена на рие.5. О«

Из ряс.5 следует,что при изготовлении 1К из металлов снижением эффективности а стенке ТК можно пренебречь. Однако, из-за низ-яой теплопроводности пкастмасеовкх материалов относительная эффзк-■гизкость ТП с пластиассовкми ТК снижается с 0,96 дэ 0,93 (т.е.ка

За ей самость от при = 7,2 Вт./(м-°С), 0.«,=

=0,1 и, Кт^т,1?,^ 40 Л* « 0.44 Вт/(и.°С),8^ -0,ОС2м,

= 0,0566 и и ~ 0,05206 м приведена на рис.6. Как видно из р:;с.6, при увеличении от 2С0 до 1000 Вт/(м*\°С) увеличение

относительной эффективности ТП, ДЛ которого изготовлена из ыэди, алсмшпл и стали, еостагляе?,соответсгзекно, ог 0,8957 до 0,9772, от 0,8935 до 0,9779 и от 0,9173 до 0,9823.

. Из рис.4-6 видно,что снижение эффективности в отдельных элементах разборного листотрубкого ТП однозначно определяется гм'щ-ной тер/ического сопротивления этих элемФктоз. Следовательно,покы-пениэ общей термической эффектианости разборных листотрубнкх ТП связано с уменьшением термического сопротивления их отдвлыап, эле-г/гнтоз 'л узлов.

Одной из осковигх характеристик СК является конечная тетера тура получаемой э них горячей года,зги;!сякая, э сгог очередь, с? температура отдельных элементов ТП, через которые пер^да^тся "оглоценное солнечнее тепло, и их терыичоехих сопротивлений.

"спсльзуя балансовые уравнения для отдельных участков ТП, я работе установлены соответствуйте выражения для резкости «ег«гу ?.га»сиуа*ьной температурой Лй (т.е.» ее середине) и темлермугой ;1 '.-очко хентяята ЛП с Э$, разности температур оЬ ЛИ и нърухкоД по-Г'.гх"?е?.1 етгяхп ТН, разности те^ератур каруячой в гиутсетпеЗ з?--:рт-тггл сгегш разноса;» ?е»«юр*тур гмутрда««»*й лозеехчеет/ "¡¡{ п ?тдг-?котетвзя:

, ' . + ------

да,

KTS \ KMn> i

4- 4- _ ^ K«»^ /, , \

a!

"»o-o

и

Как показывают расчеты, для СК.ЛП которых изготовлены из меди, алюминия и стали, при иирине ЯП (2CUn ) 0,2. м, толщине I jw, при "to = 30°C,-ta = 50°С и QnorA * 420 Вт/«2 значение (WU) составляют, соответственно, 4,2°С, 6,0°С и 17,2°С.

Для этих случаев при о! 0,0314 ы и при изменении Rn от 500 до 1000Вт/(м*\°С) разность температур в тепловом контакте между ЭФ ЛП и наружной поверхностью стенки IK, уменьшается с 1,63 до 0,81°С для медной, с 1,59 до 0,7S°C для алюминиевой и е. 1,22 до 0,61 °С для стальной ЛП.

Разность температур наружной и.внутренней поверхностей стенок металлических Ж, как и ожидалось, благодаря их высокой теплопроводности, достаточно мала и в практических расчетах может не учитываться. В тоже время перепад температур на стенках пластмассовых IK при наружном диамезра 0,02 м и изменении толщины стенки от I до 2 ым составляет 2-4°С для ТП с «едкой и алюминиевой ЛП и 1,5-3°С со стальной ЛП.

Как показывают расчеты, разность температур на внутренней (теплообменной) поверхности стенки ТК,ЛП которых изготовлена из меди,алюминия и стали, при изменении dL^^.^ от 200 до ЮООВтДм2.0' составляет, соответственно, 5,1 - 1,0°С, 4,9 - 0,9°С и 3,6 - С,8°С.

В целях снижения материалоемкости разборных листотрубках ТП с пластмассовыми ТК в работе оптимизирована ширина (2 &.,л) ЛП (т.е. мезгтрубное расстояние ТП), Расчетное выражение для оптимизации имеет вид (

мто ~ n[ü&n5>An(aM,+ a')tmrp]

(20)

Оптимизация расхода теплоносителя через (Ж основана на построении графической зависимости ^>тп от dL^^.ç по форму« (5) с соответствующий учетом зависимости d,*^ „ от режииа и характера движения тсллокоситэля а Т1£„ 4

Третья глава посвящена натурным исследованиям »ффективноети СК с пластмассовыми элементами. На основе выполненных научных исследований в 1986-1991гг. разработаны и испытаны в лабораторных условиях опытные образцы СК с разборным листотрубным ТП (со стальной ЛП и пластмассовыми ТК), а также в .ТП, полностью изготовленным из пластмассы.

Результаты испытаний этих коллекторов сопоставлены с результатами испытаний металлических СК В.8005 и В.8203, разработчиках в ФТИ НЛО "Физика-Солнце" АН Р<Уз в прздыду!цие годы.

Принципиальная схема СК с пластмассовыми ТК приведена на рис.7. ЛП ТП изготовлена из листовой стали с вшташювакными желобами с кривизной, соответсгзущей наружному диаметру Тп. В качества ТК использованы, пластмассовые трубки на основе полиэтилена низкого давления и высокой плотности с наружннм я внутренним диаметрами, соответственно, 20 и 16 мм. ТК уложены в вштвмпованных желобах ЛП и сверху полностью покрыты (обхвачены) ЭФ, которые также изготовлены из листовой стали» ЛП и ЭФ соединены между собой заклепками.

Дяя уменьшения отрицательного влияния теплового з»зора между ЭФ и ТК на эффективность коллектора тепловой завор заполнен теплопроводной пастой.

Испытания СК проаодили по общепринятой методике»

Результаты сравнительных исследований по определению среднедневной аф$ективности (?) обработаны а виде зависимости

^-.ÇiïiJÎ!-^ (21)

д 1 ±

Зависимость Ь испытанных СК от —~—— приведена на pire.8.

Из рисЛ} следует, что при среднедневной температуре округлетчГ среды 1 25 i 30°С ж среднедневной значении приходя суммарной солнечной радиации = 700 t 750 Bt/jj^, температурах исходной годы 15 î 20°С я получаемой гарячгй воды 50 * 60°С ереднеднрвягм значения эффективности иеследовакгах коллекторов составили ; 0,20 î-* 0,33 для СК с пластмассовыми ТК, 0,41 » 0,42 для СМ гхпя 3.6005

(с "П1 кз стальных ттаипо-сварных-радиаторов типа РСГ2) к 0,34 4 0,35 для СК типа В.£203 (с иетаялическиш ТК). Относительная высокая эффективность СК В.6005 по с раннею® с СК в разборками яис-тотрубнши И1 из стали и пластмасс объясняется конструктивный различием их 111. Термическая эффективность радиатора' РСГ2 при использовании его в качестве ТП в СК 0,950 0,975, а термическая эффективность разборках листотрубншс ХП с ТК из стели и пластыасе, как показывают расчеты, составляет ох 0,7 до 0,83.

Ка основе анализа результатов проведению: сравнительных испытаний нами установлена (табя.1) зависимость эффективности исследуемого и^сравниваемых коллекторов от режима эксплуатации (от параметра fc^/qrnca ..

Таблица I.

Обозначения СК по• рис.7 : Ьф«««™« Д» определения средней sa

^ ' ; период эксплуатации эффективности _• ( ? ) в зависимости от (t-t-r, )/Чп<я

a fc*- 0,42 - 5,11 í^-t? )/ 4n¿a,

б % = 0,54 - 6,82 )/

в • 0,44 - 5,40 (Íf-Zl* )/.

Корпус СК по рис.9 изготовлю;-; из поноапсксида Сна основе эпоксидной смоги ЭД-20) по технологии,разработанной с OBI НПО ■ *'5иэика-Солнце" Ш ЕУз. Конструктивно дно и боковые стенки толщиной 30 isí являются одновременно тепловыми изеляториг»:. ТП коллектора представляет- собой плотно ysc-хеншз друг к другу ряда пластмассовых труб (из теплостойкого полиэтилена) с наружный диаметром 20 ки к толщиной стенки 2 ыи. Испытания проводили с одно- ■ слойныи сватопрозрачншз покрытием корпуса и без наго. Результаты испытаний, обработанная в виде зависимости (21), приведена на ;з::г.Ю. Вь-рькения для определения среднедневной эффективности СК с однословный свегопрозрачным покрытием корпуса и без него прз отом соответственно vxeon вид:

... .

с,- - 7,Oí

С' .. и.яе

т.£ - l _

% О,?; - 17,?S--';---

Как слзд/о? кз ряе.10, при средней температуре окружающей eps.ei

' -s 20 4 30°С к среднедневном значении пгг.хода суммарной сол-нвчней рэд'ицтл Ч^сй3 ^СО t 600 Бт/н^, яемпэрагурах исходной во.г.1 - 4' 25°С и низких температурах получаемой горячей зоды-t f 5ьи = 30 4 Í0°C среднедневное значение эффективности пластмассовых СК о одт« слойкам светопрэзрачют пэтсратссек я без него веотавляет', еаотзвтетвеякэ, 0,54 н-0,67.

Результата испытания СК с ТП, полностью изгетаплеккых пз пластмасс, покалывает, что для повнзения ерздней температур« те-тоновит«лч з ТК по сравнена е температурой акругкю'дей сс«дй к» 14 - 15°С целесообразно применять СК без свотоггрезрачного покрути.!. Однако, эффективность таких коллекторов существенно за^еит от сквресгя зетра (по сравнению с СК со светоярезрачныа покрытием).

Анализ результате:? расчетных я экспериментальных наследований СК пеказывает, что повышение эффективности СК при прочих равных условиях сводится :í повышению термической эффективности ях Tí¡. В евоо очередь, термическая эффективность ТП загноит от конструктивных и теплотехнических характеристик ах отдельных ялеыентов. Из впита разработки и еоздания разборных лиетотрубных ГД такяэ следует, что для re si ¡пенял их эффективности^ первую очередь, н ь-обходимо стремиться к павшатаю тартачзакоР эффективности ЛП( i, Для случая ТП, полнэстыз изготовленных из пластмасс, данная задача может быть решена усовершенствованием конструкции и технологии изготовления ТП.

Расчвты показывают, что для пластмассовых ТП нзкболеа оптимальной является конструкция, принципиальная схема которой приведена на рис.9. ТП при этом момэт Сьггь изготовлен гатодом экструзии. Попаренное сечение ТК может иметь фор.ту квадрата или четырехугольника. Тесмическая зффеятлгность такого ТП достигает 0,94 -1 0,90, что,практически, пруйтажается к термической эффективности металлических ТП из отопительных стальных радиаторов • типа РСГ2.

В прмдгчмнии к диссертации прянедены результата расчетных исследований по определению экснсшческч аыгодного пож;ма эксплуатации разработанных к обеледоэанных солнечных колл-гкторог н ni:-~ 'дбдьно-допустишзс значений отношения удэлькиг капигалызл- затрат к стоимости тештогой энергии при ах эксплуатации в системах летнего гооячего водоснабжения.

Как показывает анализ, для летнего горячего потг-смаб^енид «^илу-ян показатель имеат еолначк^й колгэдтор со спетспроззачт-'м

покрытием корпуса*и теплсприемником, изготовленным из пластмассовых труб.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Г; На основе анализа и обобщения мирового опыта в области разработки и создания ниэкопотенциальных СК с пластмассовыми элементами для подогрева пода выявляют основные тенденции их развития и,предложена классификация их теплоприемников, а также выбор материалов для их изготовления.

2. Изучено распределение температуры по ширине элементов фиксации ЛЛ и на этой основе установлена корректная зависимость для определения термической эффективности разборных листотруб-ных теплоприемников с лучепоглощащей пластиной из металла и те-плоотподящим каналом из пластмассы.

3. Изучено снижение эффективности в элементах разборных листотрубных теплоприемников и установлены соответствующие выражения для определения относительной эффективности ЛД, теплового зазора между ЭФ и ТК, а также стенки ТК. Установлена степень влияния снижения эффективности в отдельных элементах теплопри-емника на общую эффективность СК.

4. Изучено снижение температуры в ЛП, в ЭФ, а также в элементах ЗК разборных жистотрубных И и на этой основе установлены соответствующие зависимости для определения разности температур в этих элементах.

5. Оптимизированы основ(ме конструктивны® и режимные параметры рлзбооных яистотрубных теплоприемников с пластмассовыми теплоотводягдени каналами," а тагам теплоприемников, полностью из-готовленшх из пластмасс. •

6. Разработаны и созданы опытные образцы солнечных коллекторов с разборным листотрубным теплспряемником е металлической, (стальной) ЛП и пластмассовым ТК,..а татае с ТП, полностью изготовленным из пластмассы. Проведены натурные испытания и на их основе установлены эмпирические зависимости для определения их термической эффективности, хороио согласующиеся с- результатами расчетных исследований.

7. Установлены экономически выгодный режим эксплуатации разработанных и сбследоЕятаых солнечных коллекторов и гредедьяо-до-луст'лг'ые зча инмя стчолгния удчльных капитальных затрат н стоя-г'сстй тегдс-ччС энергии чтет ях я'сглуатации в систечах летнего

горячего водоснабгенил.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНО В СЩУЩ РАБОТАХ:

1. Хожиев К.Б.,Алкав Р.Н. Влияние матер!ала теплоотьодягих ганзхов на тарину лучепогяощаицай пластины теплоггриемкикп солнечных водонагревателей //Гелиотехника.1983,J?4.C. 42-44.

2. Хогжев К.Б.,Авезов Р.Р.,Гпфуров А.М.»Гунер Е.А. Результата испытанля пластмассовых солнечных коллекторов //Тегисн докладов республиканской научно-практической конференции Тсполь-зопание возобновляема источников энергии в практике народного хозяйства республики". £рунзе.1988.С.42-44.

3. Гафурсп А.Ы.,Хо?П5ев К.Б. ,Гунар Е, А., Алиев Р.Н. Результаты испытания солнечных коллекторов с пластмассовыми теплоотводч-е?гш каналами теплоприе?*нига и пеноэпокевдным корпусом / Тез йен докладов республиканской каучно-практ!Гчаской конференции "Осксз-таэ направления о гит использования солнечной энергии б народном хозяйстве". Каран,1988.С.91-92.

4. Хозиеп К.Б. ,Алиев Р.Н. Влияние теплопроводности материала и толщигаг стенки теплоотводягр*х каналов на термическую ьффгп-тивность листотрубкых теплопркемников еохнечтпгх водонагрввателгй /'/Гели о тают.! ка, 1939,1? I.C.82-84.

5. Хогиез К.Б. ,Аб»зоб P.P.8Гафуров A.Ü. Результата испытания пластмассового солнечного коллектора на ос.тор.в стеклякнггх труб /. Теэисц доякадов распубликанской научно-технической конференция "Првблокч и перспективы иепояьзеванхя кэтрадициош&к аз-точ!П5коа гяггргг;:", Кпптиез,1989.С»79-80.

6. Хожиел'К.Б. ,Агозов P.P. «Глфуров k.U.»Симжма A.G.

• Кепитаняя плаетиаесозоге солнечногс кодхягсеря с теплостойкгахи трубамя //Судостроительная промизлсгшэсть.Серия:про?ак1лаки.гя енергатотга.еярэкз вкрупатцзй ерэдгт.экергоснйбкгниэ еудоа,1990, зштусгл 14.С.12.

7. Хежсз К.Б. Срчвизч?« гффзктотноста еэлтти-jr хеяг.ты-s гегикг-явео^аа я нбтаялическки твпяоотсэдя:?«* ««тглл-е //T-i-

JS3. С.-5-48

3, АгP.P. Деггаея К.Б.,Старев Н.А. Р.-.стр(гделе1-«> т-зм-эзриуг? rá ■Sreráí' Снкегтрутг^пх элс-:-*нтег< дучг.г'.глепасг/й плести-jt» лг:сте?рубг/х тетхопрче^дачов ее**» г г»« гллт.т.пероз

г.«: ги-сг? гл седг? // Глтг»твяг*г;Д9Э1,» G. С.С5-С7.

•9. Авезов Р.Р.,Хсишев К.Б.,Гафуроё А.М. Сопоставление эффективности, солнечных коллекторов-с пластмассовыми и металлическими теплопривмникаш /Тезксн докладов республиканской научно-практи-ческои конференции "Использование солнечной энергии в народном хозяйства". Гашкент,1991.С.III-IIS. _ •

10. Xosaes К.Б.,Кахаров H.A. Оценка потери'эффективности в тепловом зазоре листотрубных разборных тешгоприемнпксв сслзэчгта коллекторов /Тезисы докладов республиканской научно-практическоя конференции "Использование солнечной эвэргии в народном хозяйстве". Теякент,I991.С.II4-I15.

11. Хогиев К.Б..Кахаров H.A.Корректировка обобщенной зависимости для тер.гаческои эффективности разборных листотрубных тепло-приемников солнечных коллекторов //Гелиотехника, 1992,>Я.С.25-28.

ТАРКИБИДй ПШСИ/ЙССА 3J!E!.EHTJIflPH ЫД32УД БУЛГАН ¡СУЕШ КОЛЯЕКТОРЛАРШИНГ САтОДОРЛИГИНИ ОШИРИШ Хозие в КаГаш Бегим sfjm ГДО^ЧА МАЗМУНЯ ' '

Диссертацияхан к^зланган • -.¡¿сад: таркнбида пластмасса элакгнтлдг.; бУлгак г^уёш сув исиггич коллакторларянинг сакарадорлигшш oeip;;;. ва ва уларнинг янги навларини яратиадир.

Диссертациям куйшаги асосий ыуаммолар хал килинди:

- таркибпда гутастшсса злекантлари мавауд бУлган ¡^уеи сув исятгич коллекторлари ривозжанивмнинг асосий тенденииялари S'pra-нилди.ау туриги коллекторларнинг исстда^ *;аОул киличлармнинг классификацияси ва уларни яратиш учуи зарур булган поликар шдк лзрнинг турлари таклиф килинди;

- т&ркиоий (йигка) иссшум* кабул юиггичларинлнг пнсдачлари хароратаинг тапс»мл2нишини хисобга слган холла уларнинг теркж сзмарадорлигини хисоблаи учун акш; математик й&эла (Оогланкш) тлкгчф г,илмнди:

- гаркнбий исси^лих Кабул килгичларнинг алокидз цйсмяаруа сьмгадорлик es хароратнинг пасайивм «онуниягдари урганилди;

- ::уес коглекюрхфяха »саадак (кссю; сув) ожб чкяиа 1:<л .'.av.rijiKipi! Ластмзссадан таёрланган йигш ассшдак «йоуя ттнч:

з:ос;й констругта® параьмтдеври ьа ул püüiUAipit uuimajucü

- глас-дасса эхеибнтлари мавзуд б?лган нуйя колдекторларининг

тазрибазий нусхалари наглб чюздлди ва амаяда синаб к?рилди: талиба натизалари асосила яратилган коллекторларнинг самарадордигини адсоблаш учун эмпирик ифодадар такдиф цилмнди-.

-иссяк сув гагминоти тизимлар.ш иплатишга гфпалланган ¡Ь'ёш коллекторларидан Фойдаланишнинг осилена ma pesMi таклк-Jj ¡яилинди-

AU INCREASE IK THE EFFECTIVENESS OF SOLAS COLLECTORS WITH TLASTIC COMPONENTS Kaila В. Xhoshiev

SI^iAHY

The purpose of the thesis la to search the ways of Increasing effectivlnesa and to create new generations of solar collectors with plastic components.

The fcllorrlng objects were solved In the thesis:

- the main tendencies of the development of solar collectors with plastic components are revealed, the classification оf their absorbers аз well as the eholse of materials for making of them 1з suggested;

- the correct dependency la establlsed to- determine thermal efficiency of demountable "sheet-tube" absorbers of metallic absorbing plate and heat removal•tubes of plastics In wich tho distribution of the teoperaturo over the width of fixing elements of the absorbing plate тл'з taken lnt.o account;

- the degree of the Influence of thermal periormncr>s of parate components In the demountable "sheet-tube" absorber en It;: efficiency is determined; - ' -

- the basic design..and regirca parametres о/ "sheet-tube" de*-aountabie absorbers with pla&tlc heat removal tubes are' optimise'.';

- the experimental samples of solar collectors ;?ith plastic components are developed and npjitiactured,- the outdoor tests are carried out and empirical dependencies to determine their eificl-

'ences are established from the t^if?;

- the profitable condition of the operation or develop-ri solar collectors for systems of heat mu r r.q-ply и ъг.чМ ish-H.

Рпе.2. Принципиальная схема составляющих теплового баланса для элементарного участка ЭФ? I - ЛП? 2 -ЗФ; 3 - ТК.

•с.т»

адо

сизг» /V / /i

as'i f//%

олг /

0.9

5.0 20

1 Lo 1"

t

1

Рис.3. Зависимость термической эффективности ЭФ ( ) и произведения K-rj >?3<р от толщины теплового зазора ыежду ЭФ и наружной поверхность;} стенки 'ТК 1 ) : 1,2-соогветственно

Л^ЛзгрДЛЯ ВОЗДУШНОГО ТОПЛОВОГО

зазора; то ze rtji тепло-

вого* sasGra,заполненного теплопроводно ä'пас той с коэ'Мэдиеито теплопроводности I Вг/(м« С).

Завискдость относительной термической эффективности »галлового зазора между ЭФ и стенкой Tri ( 'у* ) от произведения ^ijj, и 3, соответственно, для ЛГ1 из ыед;;, ¿}.vju:i::>- к стали.

Ktj&IJ^S«?

I

ОАЧ

X.

X.

И -------

<>ог ue«s аде o.of чо с,о г.®

Р;тг.5. Зо:;::сямость относительной вффектгвностк етенхе ТК Р3"-) ^Г CTHOa>iß:/i 6V

пр?-}

( ети

200 <:С0 еоо SCO Í050

Рис.Б Зависимость отиоситаль-тердаческоЯ эффективности внутренней поверхности стенки ТК ( ) от коэффициента конвективного теплообмена на ней ( £¿s£wt-í ): 1,2,3 -соответствен-, но для ЛП из неди.ажни.чия и

5

е-"®-3-—.

I- ФФ^^ог. .

g-в

о- «

V.'ÍO

331

set

Рис.8. Зависимость ереднеднепних значений гффгктиакосги CK е ТП из сталькогого птанпо-сварного радиатора типа РСП?(а) и раэбер-ны*х гистотрубных ТП со ста'лыялги (б) и пласг:/ассовю.'и (s) ТК от отношения **

Рис .7. Лкящипизгьная сгона CK е пдастиас-

сотаг:-{ Тй: Ï - елетопрозрачдао покрмтие; 2 -• ЛП; 3 " ТК; 4-?оплоизоляция и тсорпус-

Рис.9. Прггцнтаа.'гьн^я С::су:> СЧ J ТП нлеео .'/X í-pyüг 1.,-1г-пгопзо.т.-;'г:л "с;.: 2-'Шг 3 - сгееото?зрдчко? псяг -:?::э.

х.*с«Ю. S::j?s!t!incT& ер даодяса- Of с

'tí из ¡т."ч.с7,".1ссе"чх тоуЗ от отно- .., ккяя (T.; - -¿у : а - с Г

v.-.ce:r>;> : ' спйтгит^эз'Ч'.н;,::.! по-

дгм УП. j_

. о

О :