автореферат диссертации по энергетике, 05.14.08, диссертация на тему:Оптимизация параметров абсорбционных солнечных коллекторов с цилиндрическими емкими теплоприемниками в системах горячего водоснабжения в условиях Сирийской Арабской Республики

í1 ■ О O .-i АКАДЕМИЯ НАУК РЕС1ШУМКИ УЗБЕКИСТАН

ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И АВТОМАТИКИ

На правах рукописи

Ваадж Абдул Карим

Оптимизация параметров абсорбционных солнечных коллекторов с цилиндрическими емкими тештоприемниками в системах горячего водоснабжения в условиях СирЫской Арабской Республики

Специальность 05.14.08 - Преобразование возобновляемых видов энергии и установки на их основе

ABIüP?3SPif диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ташкент - 1995г.

Работа выполнена в лаборатории низкопотенциальных солнечно-тепло-в1тх установок Физико-технического института НПО "Физика-Солнце" АН РУз

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Р.Р.Авезов

О^гщнЕЛЫше оппоненты: член корр. АН РУз, профессор Р.А.Муминов кандидат технических наук Ш.И. Кличев

Ведущая организация: Узбекский научно-исследовательский и проектный институт типового и экспериментального проектирования жилых и общественных зданий им. Х.Асамова (УзЛИТТИ).

Защита диссертации состоится декабря 1995г. в " 7 1

часов на заседании Специализированного Совета К 015.28.21 по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата технических наук в Институте энергетики и автоматики АН РУз по адресу: 700143, Ташкент-143, Академгородок.

С диссертацией моето ознакомиться в библиотеке Института энергетики и автоматики АН РУз.

Автореферат разослан " ноября 1935г. Учений секретарь Специализированного совета, кандидат технических наук /1 С.Ф.Абдурахыяяовз

- Общая характеристика работы Актуальность проблемы. Постоянное возрастание знергопотреб-запасов 'ископаемого топлива к экологические проблемы,возникающие в результате'его слжгання,ставят перед человечеством наряду с рациональным и экономичным использованием традиционных тошгавно-звергеткчзских ресурсов,задачу поиска и разработки новых альтернативных и возобновляем®?. источников энергии»

Среди возобновляемых источников энергии важное место занкма-ет солнечная энергия ввиду ее распространенности и доступности практически во всех регионах планета и зкологичности.

Преобразование солнечной энергии в нмзкопстенциальноз тепло и использование его в системах горячего водоснабжения азютг и коммунально-битовых объектов, являющихся основными потребителями тепла такого же температурного потенциала, во всем мире считается наиболее подготовленной областью широкомасштабного применения гелиотехники.

Территория Сирийской Арабской Республики (САР) расположена в благоприятных климатических условиях для использования солнечной

энергии в качестве источника тепла в системах горячего водоснабжения объектов различного назначения.Общая площадь солнечных коллекторов, находящихся в эксплуатации»составляет более,чем 500 тис» а2 и или пользуется около 15% населения- Однако, масштабы практического использования солнечной энергии в системах горячего водоснабжения, по сравнению с возможными и необходимыми, существенно малы, что объясняется высокой стоимостью солнечных коллекторов (200 американских долларов/мг),,Дальней®ее развитие систем солнечного горячего водоснабжения в условиях СА? непосредственно связано с уменьшением стоимости основного элемента системн - солнечного коллектора. По указанному обстоятельству разработка дешевой и простой с точки зрения организации производства и в то же время достаточно эффективной конструкции солнечного коллектора для использования в системах горячего водоснабжения в условиях САР обусловливает актуальность проводимых в этой.области исследования.

В связи с этим целью диссертационной работы является внбор дешевой я простейшей конструкции солнечного коллектора для горячего водоснабжения в климатических условиях С4Р и улучшение его эксплуатационных характеристик путем теиловоА оптимизации основ-еых параметров,.

Для достижения поставленной цели в диссертации решались следующие научно-гжлческие задачи:

- выявление возможности применения абсорбционных солнечных коллекторов с цилиндрическими емкими теплоприемниками в качестве источника тепла в системах горячего водоснабжения;.

- оптимизация расположения и ориентации по сторонам света цилиндрических емких тейлоприемников;

- разработка методики определения термической эффективности емких теплоприеьяиков;

- оптимизация внутренней емкости теплоприемника;

- исследование влияния коэффициента теплопроводности материала изготовления емких теплоприемников на их теплотехнические карактеристики и геометрические размеры;

- создание опытных образцов абсорбционных солнечных коллекторов с цилиндрическими емкими теплоприемниками и проведение их лабораторных испытаний.

Объектом исследований явились: абсорбционные солнечные кол~ лекторы с цилиндрическими емкими теплоприемниками, изготовленные из стали и пластмассы.

Метода исследований. Для оптимизации параметров солнечного коллектора применялся расчетно-аналитический метод. Для подтворя-дения полученных результатов были проведены натурные испытания в лабораторных условиях.

Научная новизна. Основными элементами новизны, которую автор выносит на защиту являются:

- выражение для определения среднеинтегралыюго угла паления прямых солнечных лучей на боковую поверхность цилиндрических емких теплоприемников;

, - зависимость для определения средноинтегрального потока рассеянной солнечной радиации ва боковую поверхность цилиндрических теплоприемников; ,

- результаты исследований по оптимизация располо'дения и ориентации по сторонам света

цилиндрических теплоприемников; >

- выражение для термической йффективкости цилиндрических емка теплоприемников абсорбционных солнечных коллекторов;

- результаты исследований, по ошташацип снутренлего объема > с.иааадрическас емких теплопргйШйжов со/саечнях .коллекторов расе-

матриваемого типа;

- результаты исследований по определению влияния коэффициента тешмфоводас \тл материала изготовления стенки цил^шдрйческкх -теплопркемников на их внутреннюю емкость;

- расчетные зависимости для определения ' эффективности абсорбционных солнечных коллекторов с цилиндрическими емкими тепло-ириекниками, изготовленных из стали и пластмассы; , ,.

- результаты экспериментальных исследований по определению фактической эффективности разработанных солнечных, коллекторов.

Достоверность результатов исследования.Достоверность полученных результатов с снована" наГхорошем совпадении расчетных и экспериментальных данных при одинаковых' исходных параметрах .сравнение результатов расчетов с гювестншй: решениями, и получении последних из предложенных зависимостей при соответствующих допущениях.

Практическое значение. Результата, выполнении* исследований позволяют создать дешевке и простые солнечные абсорбционные коллекторы с цилиндрическими емкими теплоприемник&ми по эффективности не уступзвдим традиционным солнечным коллекторам о листструб-ными теплоприемникзми и тем самым существенно расширить масштабы практического использования систем солнечного горячего водоснабжения.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на Республиканской научно-прзктической конференции, посвященной 600-летнему юбилею М.Улуг-бека, Гулистан, 1994г., сентябрь; на совместном семинаре Физико-технического института НПО "Физика-Солнце" АН РУз и Института энергетики и автоматики АН РУз,.......

Публикации. Ш материалам диссертационной работа опубликованы 5 научных статьей в международном научно-техническом журнзле "Гелиотехника" и I тезис доклада в. материалах научно-практической конференции.

Структура объем диссертации. Диссертационная работа состоит из "введения, четыре? гляЕТзйключения, списка гипсованной литературы. Общий объем работы НО страниц машинописного текста, включая основной материал из. 70 страниц, 20 рисунков, 4 таблиц. Список цитированной литературы 80 наименований.

- 5 V- ......

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ. . Бо введении обоснованы актуальность темы, выбор объектов исследовашйПГопределены цель' и задачи работы. Сформулирована научная ноЕИзна и практическое значение полученных результатов.

Первая глава диссертационной работа включает в себе краткое климатическое описание САР. с точки зрения использования солнечной энергии для получения низкопотенциального теша.

. В ьеой же главе вкратце приведены.результаты анзлиза тради-, ционных систем теплоснабжения в условиях САР. Вследствие нерешенности градостроительной, планировки централизованные системы отопления и горячего водоснабжения .в САР не . получили развития. Централизованное газоснабжение в САР также отсутствует. Центральным отоплением и горячим водоснабжением обеспечены около 15% от всех жилых домов.З качестве источника теша в системах отопления и горячего водоснабжения, в основном,применятся индивидуальные котлы (печи), работающие на жидком печном топливе. Газ привозится в баллонах и.в основном,используется для приготовления пищи и, иногда, для горячего водоснабжения. Стоимость электроэнергии в САР в среднем 0,020*0,025 американских долларов за I квт.ч, жидкою печного топлива - 0,2 американский доллар за 1л. Стоимость одного баллона (емкость 20л) газа 2,5 американский доллар.

В этой же главе приведен анализ индивидуальных систем горячего водоснабжения и методов теплового расчета основного элемента ; системы - солнечного коллектора.С учетом климатических и экономических факторов, а также'температурного режима эксплуатации систем горячего водоснабжения, в работе предложена в качестве источника тепла в системах, солнечного горячего водоснабжения простая и дешевая конструкция'солнечного коллектора, в которых теплоприем-ник совмещен с баком- аккумулятором и отсутствует светопрозрачная изоляция. Опыт.эксплуатации таких коллекторов в Узбекистане, получивших, название абсорбционные с емкими теплоприемникзми, показывает, что при обеспечении, оптимальных условий их работы темпе. ратура получаемой от, них горячей вода может приближаться к температуре .получаемой в традиционных коллекторах среднего качества (с однослойным светопрбзрачнгм покрытием и без селективного покрытая на поверхности теплоприемнйка), сохраняя при этом достаточно ви-.сокую"эффективность. *

Вторая глаза диссертационной работы посвящена расчету и оп-

-б-

тишзации осноьдых параметров абсорбциоьлнх солнечных коллекторов

с емкими теплоприемниками." ............, .......

Одной та основних зад<л обеспечения оптимально условий"" работа абсорбционная солнечных коллекторов, с емкими цшиадрическкми теплспшешпками, совмеаенннми с бакоми-аккумуляторами/ - является оптимизация их расположелкя и ориентации лучепслощакцей поверх-яс<".тп по сторонам света. Рассматриваемая задача может быть, сведе на к определению и сопоставления дневной суммы потока прямой солнечной радиации £ ^ | на боковые (т.е.далпндримаскда) поверхности рассматриваемых тешоприемников. "-л• . "

= ^ПьсоЯ. .' : ; (V) •!"7 ■

где q^ - поток прямой солнечной радиации, перпендикулярной к сол-ночнем лучам поверхности; 5оз1 - среднекнтогральнсе по лучепогло-иащей (т.е.боковой щшедрической)'поверхности значение кос.шуса угла падения прямой солнечной радиации. - \ , '

Особенностью цилиндрических поверхностей по сравнению ' с плоскими является то, что величины угла падения, яг них солнечных лучей (I; ши cosí в заданна»! момент времени -зависят от коорданат точек tu т поверхности, па которые прдгют лучи, т.е. меняются от то«""ки к точке.

Зэдачз упрощается, если цилиндрическую поверхность мысленно разбить на бесконечное число мплпх плоских поверхностей, т.о. полосок. Значение 1 для каждой такой мысленно вообрзаиеуой ,]• той полоски при бесконечном уменьшении их ширипи мо:кко считать посто-янпши. Таким образом, вся цнлиадричоская поверхность состо.гг из сопокупиостй таких полосок, для которых i меняется' при •. псразад-э из одной вообрябйомг'й полоски к другой, т.о. от точки к точке. Следовательно,! меняется с изменением угла уиклонч яолоеки на б новой поверхности цилиндра - (да)-, относительно его дакшегр* ж*-:» плоскости, имомцум в свою очередь' определенный угол наклона у горизонту (а) и азимут (7).

^тенго t:oál. в (I) при ятем определяется ю со<ггася«;»!»г

... JcUSllT.

____" m

со:ñ --------.

J-an

Выражение для cosi в (2) в свою очередь имеет над .

cosí -- Mcosm + Nsima, '3)

где К = (Асосу + Bsín'/)3£na + Ccdscí; N = Bcosy - Asiny,

к~сйзГ)31щсоз\ - sínñcostp; B=cosQslm','C^coadcosífGosx + sin&slni;

Ь - склонение солнца; <p - географическая шире та местности- i -часовой угол Со;лца. ■

Подставляя ьлачение cosí из (3) в (2) и интегрируя последний от m до п^+тс, для общего случая имеем .

_... 2

5Ó5I = —

-^Ccosa + (Ácosj + Bsin7)3tnaJ + ^Всозу - Aairryj'j ^

Нихиий (ш() и верхний (п^+и) 1раяицн интегрирования при атом соответствуют координатам предельных полосок на боковой поверхности цилиндра, между которыми рассматриваемая поверхность цилиндра освежается прямыми солнечнши лучами.

Решение (4) позволяет определить cosi на боковые поверхности цилиндрических теплоприемников, различно расположенных и ориекта-рованшх гга,сторонам света, а также имеадих различные углы наклона к горизонту, в частности,: когда цилиндрический тошоприемник:

- расположен вертикально (a=SO°, 0CfC360°)

C03i = '—~^[c02b3ln~¡c0&l - 3ÍndC03l?y +[cO303tni] j ^gj

- горизонтально в направлении меридиана (a=0, 7=0) -

___ 2 г. .г f ..г-,0.5

cosí = —^cosücosípcost + síiucospj +^созСзСп^ j ($)

- горизонтально з направлении экватора ;а=0; 7=í9C°)

__ 2 г, ,г , .г-,0.5

cosía — Цсозбсоз9созг+8СаСз(пф1 *\cosQ3tn¿fcosi-airtOca&p\ J ^

наклонен к северу под углом а (ОСсиЗО0, 7-О) - ;

(О)

ч- В-'ра5оте 'ib^rieBB'Veibe'-.Bigjasra®« для 55Я> когда цилиьдри-

ческий теплоприемник наклонен под углом а (ОЖЗОР) к югу (7=+180°), к востоку ..(7=-90°) и. .западу (7=90°).

Годо~ие ходы даевпых суш потоков прямой солнечной - радшсгг | ^ ^ на боковую поверхность вертикально к горизонтально (в меридиональном и эь заториальном направления*)'• раедаложенннх и наклоне лнх к севера1 под различными углами наклона к горизонту (-; меридясналотгсм направлении) приведены на рк}.1 и 2.

Как следуе'. кз рис.1, в теплое время года, когда рассматриваема» коллекторы будут находиться в эксплуатации, оптимально горизонтальное расположение тешгоприемвика в меридиаль-2С!Л яапргзлеяии. Наклоьенйв к северу под углами. 10"

и 20° к горизонту, как следует из рис. 2а и б, имеет некоторые преимущества по сравнению с горизонтальным расположением.

Из сопоставления графиков по рис.2,б и в следует, что наклонение цилиндрических теплоприемников к северу под углами, больше чем 40-50° к горизонту при их меридиональном расположении, с энергетической точки зрения не выгодно. Как показывают расчеты, значения £ ^ | для теплоприемников, расположенных в чшротном направлении и паклоненннх к востоку или т-зюду иод рэзягчтязаи углами к горизонту, существенно меньше по сраки, гси со случ.тсм, когда тешюприечник расположен п мервдиэдьном шшравлеиш. По этой причине все возможные наклонения цшшпдрическях тешопршч-ников при их экваториальных расположениях моано считать как нооп-тимальными по сравнению с меридиональным расположенном.

В связи с тем, что доля рассеянной солнечной радиации в об--щем тепловом балансе абсорбционных солнечных коллекторов с цилиндрическими емкими те пло приемршками составляет ощутимую величину, представляет практический интерес' разработка методики расчета рассеянной солнечной радиации на боковые поверхности указанные теплоприемников. • ■ ......

Для решения данной задачи цилиндрическую поверхность мысленно разбиваем на бесконечно большое число малых плоских поверхностей, т.е. полосок, как в случае для расчета ' прямой солнечной радиации на боковые поверхности цилиндрических теплопркемнико.ч. Среднее по рассматриваемой поверхности значение.потока рассеянной солнечной радиации при этом определяется по формуле

где ЧдСа) и Чр(о) - соответственно потоки даффузной и отраженной ■ солнечной радиации; я - угол наклона элементарных полосок на боковой поверхности полуцилиндра к горизонту.

йгачение ^(а) и qp(а) в (9), в свою очередь могут быть определен! из формул • •• , ' .

Ч^СсО = 0,5(1 + соя*)^, " (10)

др(а) » 0,5а(1 - соаа)^ч, (11)

где а --коэффициент отражения суммарной солнечной радиации ст окружающих предметов; - соответственно штоки диффузной и суммарной солнечной радиации, на горизонтальную поверхность. Значение д^зд в (12) определяется яз известного выражения

' . <&ад = «Йр + 1р- ■ <12>

, г де - поток прямой солнечной радиацда на горизонтальную поверхность. ч ' ■ _'.

. Подставляя (10) и (II) в (9) и интегрируя, с учетом (12) получаем . . .

Расчеты, выполненные для вертикально и горизонтально расположенных цилиндрических теплоприемников .показывает, что среднеин-те1ральное значение потока рассеянной солнечной радиации на их боковую поверхность на зависит от их расположения.

; Общее количество рассеянной радиации па бохоше поверхности цилиндрических теплоприемников с наружным диаметром йнар внеотой (или длиной) 1 моиет . быть; определено из вврахения

% = ^ар^р я О.б^вар1^ + (1 + аК]'

Годовой ход дневной суммы ^ приведен на рис.Х.Как видео из .рис.1, зтачения -/-Чш. составляют от 450 (в лнзаре) и до 1340

- !б - >

ккал/(мг*день) (в летние месяцы) и составляв'; в дневной сумме потока суммарной <х гаечной радиации не боковые поверхности цилин-

* дрических тешюприешшков 17,5+20% при их горизонтально-мерзд^о- -..... - -

нальном и ¡¿5 + 232 - горизонтально-экваториальном расположениях.

В связи с тем, что средкеинтегрзльное значение потока рассеянной солнечной радияции на боковые поверхности цилиндрических теплоприемников не зависит от их расположения . и . .ориентации по сторонам света, доля ^ в общем тепловом балансе рэссматркваемнх теплоприемников не,влияет на оптимизации их располозения и ориег-тации по сторонам света по приходу среднеинтегрального. значения потока прямой солнечной радиации. - ,,,';<;„' "'Д-'; —■

Третья глава диссертационной работа посвящена разработке методов расчета эффективности и оптимйзацкитеплотехшгееских хярак- , теристик абсорбционных солнечных коллекторов с цагаидрическими ' емкими теплоприемниками. "'-"

Несмотря на массовость практического применения солнечных коллекторов рассматриваемого ита из-за их простоты и ' ' дешевизны, ;;: до яасЛящего времени отсутствует методика Ьц^елвшя'.ш:'-; зффек-. тивности расчетным путём, как это сделано для плоских солнечных коллекторов со светопрозрачними покрытиями. Это, в свою ' очередь,' затрудняет установление степени влияния теплотехнических характеристик отдельных элементов коллектора на его общую эффективность и на этой основе поэтапной оптимизации его параметров.

Рассматриваемая задача сводится к составлению и совместному решению уравнений теплового баланса для лучопоглоцащей поверхности, стенки теплоприемникэ и нагреваемой жидкости. Но при этом, в отличие от методики теплового расчета солнечных коллекторов с плоскими теплоприемниками, необходимо учесть неравномерность распределения потока суммарной солнечной радиации и передачи полезно поглощенного тепла в аккумулятор по боковой поверхности теплоприемникэ. •••• - ••. ... , ....

При составлении балансовых уравнений в работе, допущено, ч.о торцевые стенки теплоприемникэ теплоизолированы и з связи с этим поглощение солнечной радиации и тепловые потери в окружающую сроду , в основном,происходят через боковую поверхность рассматриваемого теплоприемяикп. ■■ -V-

Расчетное выргтаздэ для эффективности (КПД) солнечного7 кол-' лектора рассматриваемого т:ота,, полученное в работе, имеет вид

^ОГЛ

"нар^ар^г ~

VI

Шпр +

рР 5 лпчр

(14)

где - термическая эффективность теплоприемника рассматриваемого типа; опогл - коэффициент лучепоглощения наружной поверхности стенки теплоприемника; с^р - коэффициент теплообмена наружной поверхности стенки теплоприемника;Рнар - наружная теплообменная поверхность стенки теплоприемника; и ^ - соответственно

лучепоглошащие поверхности стенки теплоприемника для прямой и рассеянной солнечной рздаацкй; - среднеобьемная температура воды в теплоприемнике; - температург окружающей среды.

Как следует та (14), задача сопоставления эффективно ста абсорбционных солнечных коллекторов с различными теплоприемниками Сводится к сопоставлению, термической эффективности их теплоприем-•виков (Т1ТП). - - ■

, На основе сошестного решена. _лансовнх уравнений для со вечного коллектора рассматриваемого типа в работе получено рас1-тно? выражение для т^, которое имеет вид

"Чш

1 +

^ар^нар

!

ш w

тк

вн

-1

(15)

где аш .- коэффициент теплообмена, внутренней поверхности стенки теплоприешика;' ~ внутренняя теплообменная поверхность стенки теплоприемника; I .и '5я - соответственно коэффициент теплопроводности материала изготовления и толщина стенки теплоприемника; С -коэффициент', учитдаанвдй неравномерность распределения передачи полезно поглощенной энергии по периметру поперечного сечения' боковой поверхности .теплоприемника; <р - коэффициент хривизнй боковой поверхности теплоприемника. -

Значение Рш в (15) равно полусумме ?нзр и 1Ш.

Значение С в (15) зависит от соотношения лучепоглощаадей поверхности теплопркешжкз для прямой и рассеянной ^^ солнечной радиации,долг» полезно поглощенной онергии, передаваемой, от аЗоаа401Я10й к Солнцу поверхности твплопривкнива к его противопо-

- и -

лозкной поверхности посредством теплопроводности стенки (аналогично рассеиванию гепла через ребристые поверхности) - - .,

рПР С =-

уР ■МП

(16)

т

где

анар+ "вн

X 8

(17)

%ар /анар+авн

к б п п

коэффициент эффективности ребра, о

Значение ф в (15) определяется из известной зависимости для трубчатых теплообменников, т.е.

-1

Ф = 0,5

Рн.

:ар

^вн

+ 1

Р^нар

- 1

1пл

:ар

(18)

ее

Расчетное выражение (15) дает возможность провести всесторонний теплотехнический анализ рассматриваемых типов теплоприем-ников солнечных коллекторов, установить степень влияния тепловых характерхгстик отдельных элементов,таких как бя/>^,С,авн и а^р на общую эффективность коллектора на стадии его предпроектной проработки.

близких к

паи- иар- ал*, п и

т.е. й„„„-0,5 м. а„_=15+20 Вт/(мгг»с

При значениях йдар.Одар. о^и! 'V5 блкзких х реальным, " " -- - ^ 0(33= -55+60 • Вт/(мг*°С),

йяар.0,5 м, 0^=15+20 Вт/(м \ --50 Вт/(м*°С) (для* теплоприемниха. изготовленного из стального листа) и 6^=0,002 м значение ^.'определенное по формуле (17), составляет 0,046. Это означает, что из общего количества полезно поглощенной обращенной к Солнцу поверхности стального теплоприем-нмка 9,2% энергии может передаваться к противоположной поверхности посредством теплопроводности стенки теплоприемника. Значение С, определенное по формуле <16) с учетом (17), составляет- 0.546. Для абсорбционных солнечных коллекторов с емкими цилиндрическими теплоприемниками, стенки которых изготовлены из пластмасс, благодаря низкой теплопроводности последних (ту=0) и в связи -с -этим,

значение С равно 0,5

Для абсорбционных ео-шечннх коллекторов с емкими цилиндрическими теплоприемниками,вследствие б^й^рмс^.и в связи с этим Ф=1, характерны следующие взаимосвязи иевду их основшми параметрами: -'.■.■•■-. - ': ■

рнар « " Пар1' в Пн ^ " °'5Р§п- <19> • С учетом (19) выражения (14) (15) примут вид

Ъа

> , • \

аШГЯ ~ _ (У'>]

1 + 1,832:

°вар

+1

(20)

(21)

Для стальных теплоприемников значением отношения с^/^хуо^ в (21) можно пренебречь и значение гц^ для таких теплоприемников при а^др/а^-0,25+0,30 составляет соответственно 0,686+0,645, что вена много отличается от аналогичного параметра солнечного кол-лекто ра со стальным листотрубным теплоприемником типа . В. 8203, разработШым в ФТИ НПО ''Физика-Солнце" АН РУз в, предыдущие годи.

Если тзплоприекнЕк изготовлен из . пластмассовых материалов (например из полиэтилена низкого давления с Вт(и "О)) при

толщине стенки 0я=0,005 и ' 1^=0, С=0,5, К^/8^143,3 Вт/(мг*°С) значение г^ при 0^*60 Вт/(мг*°0) я £^„/0^=0,25+0,30 составляет соответственно 0,563+0,517,что на 21+&5Ж меньше,чем у стальных теплоприемников.

При коэффициенте лучепоглощения наружной поверхности стенки теплоприемникз апогл%гО,Э5 и значенш с^д^/а^ в среднем 0,275 С.-.е. Оддр « 16,5 &е/(иг$°С),ат = 60 ^-/(м2*^)) выражение (20} мохет быть переписано в виде:

7) = 0,632 - 121,95 ™

для стального теплоприемвика и;.

•Л

> 71« 0,512 г- 17,79 г

• -л- ■ :-

Чпр + 2%

(22)

(23)

для пластмассового теплоприемника.

При температуре получаемой горячей вода 50°С, исходной воды 15°С и скруасзвдей среды 30°С и ^+2^=700 Вт/мг -расчетные значения эффектквностей абсорбционных солнечных колпекторов с емкими цилиндрическими теплоприемниками, изготовленных из стали и пластмассы (полиэтилена низкого давления), составляют соответственно 0,5536 и 0,4485. При повышении температуры горячей воды на Ю°0 (т.е. до вО°С) или понижении температуры окружавдей среды яа Ю°С (т.е. до 20°С) расчетные значения оффективнсстей рассматриваемых солнечных коллекторов снижаются,, соответственно, до 0,2400 и т.е. уменьшаются в 2,3 раза. ;.•''' В работе получены также выражения для расчета удельной тзп-лопроизводительности солнечного коллектора рассматриваемого типа, отнесеншхз: на единицу фронтальной поверхности коллектора СГфр)

Чпол(фр) в О'^Ьюгл&пр + Чар.О^о]] ,

и на единицу лучепоглошаодей поверхности для прямой солнечной радиации _ -X

Чпол(пр) > Пш^лЙф + -Чар^^о}]- (25)

При обеспечения оптимальных условий работы абсорбционных солнечных коллекторов с еккими цилиндрическими теплоприемниками температура горячей вода, получаемой от них, приближается к температуре горячей вода, голучаеиой от сбичшх плоских коллекторов с однослойным СЕетопрозрачни! покрытием, не иаевдих селективного поглощающего покрытия на поверхности теплоариешта, в равном количестве нагреваеиой в них зом»

Одна из основных задач обеспечения ошдаальнкх условий раЗо-■га соязечвнх коллекторов рессматртзыюгс тала явлдагся оптимизация внутренне!, удельной егяеости их тешщриемнкхов (баков-аккумуляторов), которая.представляет собой отаовение оЛема веди в тепдоприемшжа (У) ва его лучепоглоаищую поверхность для потока прямей солнечной радиация т.е. ч

* - с»**

'лег

Для оптимизации отношения 7/Т^Р пользуемся выражениями для общего количества полезнс полученной за сватовой день;солнечной энергии ( ^гол]» термической эффективности тешоприемника (т]^) и эффективности (т]) ргосматриваемого коллектора.

Общее количество полезно полученной за световой день солнечной энергии может быть определено из выражения ■ ' <27>

где р и С - соответственно плотность и удельная теплоемкость воды; 1:н и ^ - соответственно начальная (утренняя) и конечная (вечерняя) температура воды в баке-аккумуляторе. Среднедневная эффективность коллектора при этом может определяться из отношения

1} ---- , , (28)

£ °пад

где ^ - дневная суша потока суммарной солнечной радиации на боковую поверхность теплоприемника. .

. Из выражения для удельной теплопроизводательноста солнечного коллектора, отнесенной на единицу лучепоглошащей поверхности, для прямой солнечной радиации (24) имеем

л=^ол(пр)^=0'БПт^нар1^[апоглрпр+2с1р] - й^зр^-д],

..■'-.. (29)

где •= 0,5 [гк + 1н). (зо)

Значение ¿^д определяется из

Ц«д - * - ♦ 2%№

Из равенства значений.!], определенных по (20) и (23) и с учетом (21),(27),(29) и (30) для солнечного коллектора со стань-нш теплоприемником имеем

— .. ~ г ч : -(32)

: «нар 1+0,832

свя..

Приведем численный пример расчета то определению £опт- При сцл&г/&нн=0,250 значение т^-г, по формуле (21) для солнечного коллектора с металлическим теплоприемнихсм составляет 0,685. При апогл=0,35 и среднедневных (за 8 часовой световой, день) значениях £ц> + 2qp = '700 Вт/мг, to=30°C, t.,=I5' DC и tk=50°C значение íonT по'фор,-уло (32) соога^ляэт 0,080 м3/Мг, что совпадает с анплотач-*шм парад., гром обычных "олнечччх коллекторог с плоскими мртялли-тршюпр*"эмнкками. Значение f для солнечного коллеги рз с пласчмйссовыми тенлолркемагасами (ötv-0,005 м, 7(^=0,¿-^3) в jiiu ке условиях составляет 0,0657 м3/мг.

Следует отметить, ччо в испольау^мьм в настоящее время индивидуальных коллекторах рассматриваемого типа фактическое отношение í достигает 0,3 м3/мг и высе, т.е. в 4 раза выше, чем оптимальное. По этой причине температура теплой воды в таких солнечных коллекторах но превышает 30-i35°C.

В этой же главе приведены результаты" исследований по определению влияния теплопроводности стенки емких цилиндрических тспло-приомпиков абсорбционных солнечных коллекторов;на температуру-получаемой от них горячей водя. Сспоставлепя тбпюприомкккк, изготовленные из стали толщиной стерки 0.002 м /. псл№>лми< 'i низкого давления толщиной сте„ки 0,002 и 0,005 м.

Как показывают результаты исследований, влияние теплопроводности стенки тошюприомтосов рассматриваемых солнечных коллекторов на температуру получаемой от них горячей води мохет бить установлено через взаимосвязи термических эффсктивностей сравниваемых тэплоприемников от коэффициента теплопроводности материала кг изготовления (формула (15), (21)). ...

На рис.3 приведены результаты расчэтинх исследований по определении зависимости тормшеской эффективности емких пластмасс,, вых топлоприадмьор абсорбционных солнечных коллекторов от коо'> фиционта теплопроводности ir.толщины стенки материала их изге явления {пластмасс).' . : '

Как вдю из рис.3,низкая тсшгопроеодяооть 'нластмасеспюг материалов по очень сильно препятстпуот к их прмзнечи» для рясс-ищю&смя целей. Но < увеличение .толцшш стенки тсгш;пр:^ш:/,а с целью улучшения его прочкоепшх характеристик • приводит у. смыевж

*'Ь:г ............

D этой главе приведены также результата расчетах- исчмждсвч-

...

ний динамики накопления п?л<ззно поглощенной солнечной энергии в теплоприемниках, совмещенных с аккумуляторами -тепла ' без учета стратификации температура по его васот . Установлен ■ характер дневного изменения среднеобьемной температуры води в теплоприем-нике в зависимости от внутренней емкост; теплоприемника и прихода суммарной солнечной, радиагш на.боковую поверхность последнего. • Четвертая "лава диссертчционой работа -освящена "атурным: исследованиям эффективности • опытных образцов абсорбционных сол-

• вечных коллекторов" с цилиндрическими емкими тешкнзриемаиками.

Целью натурнкх исследований явилось: . - проверка адекватности расчетно-теореткческях и экспериментальных исследований; .

- установление фактической эффективности разработанных солнечных колекторов. .

• '." Результаты исследований, изложенных в третьей главе, приняты за основу, при определении основных геометрических параметров создаваемых коллекторов. Для проведения; сравнительных., лабораторных испытаний изготовлены .два солнечных коллектора "с цилиндрическими емкими .теплоприе!шасами,"'отличающиеся между собой материалами изготовления и внутренними объемами. Один из коллекторов изготовлен из стального листа толщиной 0,002 м, а другой - из полиэтилена низкого давления толщиной стенки 0,005 м. ' Оба коллектора имеют одинаковые, габаритные, размеры: высот 1,2 м, нарумшй диаметр 0,4 м. Внутренние емкости этих коллекторов 0,1478 м3 (з стальном) и 0,1434 м3 (е пластмассовом), отнесенные на единицу их лучепогло-шаодей поверхности для прямой солнечной радиации (0,754 м2) в 2,45 (для стального) и 3,84 (для пластмассового) раза больше, чем оптимальные (0,08 м3/'мг для стального и 0,0657 m"Vm2 для пластмассового теплопрлемников), для обеспечения спгжалыюго значения отношения V/F^ в конструкцию известных цилиндрических емких теп- . лсприемникоз внесено соответствутоо изменение: внутренняя ем-костьтешюприьмнико вшолуена ввндоколъцевого згзора.

. ■ . Согласно результатам ¿клолнсныл. ■ оштшизйционзых расчетов, , толщина хпльаевогойэзора,в котором находится нагреваемая вода, составляет 0,46 и для кеталдического й 0,03? ы для. пластмассового теплопржмшшв.-1й{утренже ;еах6сти -«pstsiaáaéwa тааяопрившиэтав составляй; 6,060 м^'для метеллкчесзсого и О.С4Г5 ы3 для пяастмес-Как з^ш^^'при ЕыбраЕнга; размерах ■'..оакошьпк» значение

.......... -у. 18 - '•-- . . ■ ..

7/Р^ (0,0798 м3/м2 для металлического и 0,0657 м3/м2 для - пластмассового) для сравниваемых теплоприемяиков обеспечена.

. Методика проведения сравнительных.испытаний и обрг*5отка их результатов заключается в следующем: утром, перед восходом Солнца, оба коллектора одновременно заполняются холодной еодой; вечером, перед заходом Солнца, после перемеиивания измеряется средне-объемная температура воды, нагретой в коллекторах. Полезно поглощенная в течение светового дня.солнечная,энергия при.этом определяется из выражения (27).

Среднедневная эффективность сравниваемых коллекторов определяется из отношения (28).'Значение ^оЩд в (28> определяется из выражения (31). Значение в (.31) в свою очередь, определя-

ется суммированием значений ^ из (I) и из (13).

С учетом того, что значение в (13) определяется из известного выражения „

д^р = <Ъ.соз1г? : (33)

для суммы {¡др+г^р имеем . -

Чхр+Щр - сь.[асоз!г + созХ] + + а^, (34)

где соз1т = созбсозсрсозт: + '—"косинус угла падения прямой

солнечной радиации на горизонтальную поверхность.

Как видно из (34),для определения среднеинтегрального потока суммарной солнечной радиации, отнесенного на единицу лучепоглоша-ющей поверхности теплоприемника для прямой солнечной радиации, достаточно измерение величин ^ и При обработке опытных данных значение э в (34) принято за 0,3, а значение коэффициента лу-чеиоглощения поверхности теплоприемников (йп0ГЛ) приняли зэ 0,95, Эксперименты проведены в течение лета 1995г. в метеорологическом департаменте г.Дамаска, где ежечасно проводятся измерение и температуры окруяаадей среды (1;0) и скорости ветра (и). Сравниваемые коллекторы находились в идентичных условиях- и кеш* тивались при одинаковых расположениях и ориентациях по сторона^ света.'--' "'■'- - -."'•■-■ '' •.■•'"■•Н*"'-• '■'•'

Результата исшиаяий," проведенных"'в тане '1995г.показывают, что при среднедневной температуре наружного воздуха 30+35°С, скорости ветра 3,8-15,0 м/с, дневной сумме суммарной солнечной радиации на наружные поверхности коллекторов 4600+5200 ккал/день, тем-

nepsrype холодной вода 16*18. °0'и температуре получаемой горячей воды 50+64°С эффективности абсорбционных солнечных коллекторов с цилвдрическими. емкими .теплоприемниками из стали и полиэтилена низкого давления соответственно составляют 0,40+0,48 и 0,33*0,39. Как видно, эффективность ,металлического коллектора при 1ф0чих равных условиях.в среднем на 22% выше, чем у пластмассового, что является следствием сравнительно низкой (на 21*25%) термической эффективности пластмассового теплоприемника по сравнению со стальным. "'•' .- '.

;.■.."...■■••'. , ;, заключения

Основным итогом выполненной работы, направленной на решение поставленных в диссертации задач, является , получение следующих научных и практических результатов:

1. Проведенными исследованиями вншлена возможность применения абсорбционных коллекторов с цилиндрическими емкими теплоприемниками в. системах горячего водоснабжения в условиях САР.

2. Разработана методика расчета среднеинтегральныг штоков прямой и рассеянной солнечной радиаций на боковые поверхности цилиндрических теплоприемников и на этой основе оптимизированы иу расположения и ориентации по сторонам света.

3. Разработана методика определения термической эффективности цилиндрических емких теплоприемников абсорбционных солнечных коллекторов.

4. Оптимизирована внутренняя емкость цилиндрического теплоприемника .абсорбционного солнечного коллектора, совмещенного с баком-аккумулятором* горячей вода. I..

5. Установлено влияние коэффициента теплопроводности материала изготовления цилиндрических емких теплоприемников на их теплотехнические характеристики и геометрические размеры.

6. Созданы опытные образцы и проведены лабораторные испытания абсорбционных солнечных коллекторов с цилиндрическими емкими теплоприемниками, изготовленными из стада.и полиэтилена низкого давления и на этой основе установлены адекватность расчетных и экспериментальных исследований и фактическая эффективность разработанных солнечных коллекторов.

Основные результаты диссертационной работа' опубликованы . в следующих статьях: .

1. Авезов P.P., Бзадх Абдул Карим. Оптимизация расположения

cp::cafai"n -о ст/'р^н^ connwrnft коллекторов теплоирквт-коИ научно-практической шндеродл;., nc'.i.i; i •.. : «•»'••.'«•'.:*>

, . - , уг - ----l)Vtlftft па ПОЕСНХНОСТЬ

. ■ . , . ь - .:.:-г.р: v : -f- <г>; : "...~'г то,."-. '

3. Бзадз А. К. Расчет рацсвйЬпОп p-r^i. Я1: гг.

п,?гт,"чтт""г«5»"Т1т1//Гежотехни1ча, 1935, стр.98-100. 1. , Ь.ЯМНЖ А. г,... nboouuu П.Г. en-

-:о, ?ui:0!:ii"i солнечник колдехтсров с цздэтррятоскт тошюнрягмяа-кгма, совмояенншя бйка;л»-эккумулятирй"Ч горячей вода,-'/ Гелиотех-

, ,. Х5, стр.

5., Баадя А. К. Оптаавация вву гренней еккости шивздричвокшс теплопрйемгиясов эбсорбциошшх солнечных коллекторов, совмощеняих с баками-аккумуляторами горячей води// Гелиотехника, 1995, £5,

г tciwo1:!■■ . -.< \ ■ •■•:

1к:.учуляТСр':1-:'Л ropflHfi.t Mji.tf/ ■ Г. 'JU' : I'-j-.n.U" 5, '. - г, :рг

Г.-j ЛЛЗ -1 К

Сур .-'Я /раб Р',,спуЗЛ1'Л<-'!1.,11 очроитедз нос::.; < >м< гм;!;.:-' v: 7'j"<:w..':.;pu::i! гал^чи цижвдрж х.пжчп;! иссяклж к>'.бул килпллл ^¿f.-jrx.y.rii itji---коллвкторлйришшг цэрэаетрлариа« оттчмчлмютиряп

Кнсмча касмуни

Дисг«.*|т-Л1кя САР ияриипум wckk суп т.чшт»'.« ткаяилагап" иилаага мулжаллянган эрзон г<а оддий куош коллекторларини танлвя нч улврптаг асосий курсатгичлартга оптнчаллаэтктлсл ззксбига «"twist оймпояяорлтгаи оаиришга багияланган. ,

J;;;oci'pT,)UMfl шяцо куй:дагл асосий няглпляр опят»:

I . Uil/uaUiJ-iiK !'чЯбуЛ КЛбуЛ КИЛПЛ/Я! ¿¡бССр'ЦМОН !с'<"--

К'-.лл'жторгпри'лш'г trcciik суя -гагм-лоти гагим «spins »юятемж кмзЬч CKfrmusa i"...ri?,.'ui мумккшга прочти« Ct/pH-irau: 2. ихаииркн хняюй ка5ул кабул килгичларишгаг дуно тсуок/шри Ctfv.iu ЭДиялллари ка хоЯлаатарижЕМ ожмаллш'лрмгйа; 3.:

Хзмий кабул кяпгичларининг иссикдак самарадорлигини аншуш , vс-луби ишлаб чикилган; 4. абсорбцион ,куеш коллекторлирининг'~"-"кс-сик.лик кабул килг-ичлари билан уйрунлаштарилган иссик; сув жамловчи курилмалзрининг ички зуажмлари оптималлаитирилган; 5. хажмий кабул кабул вдялгичлар иссшушк курсатгичларининг уларни яратипда ишла-тиладиган материалларнинг иссгаушк у-гказувчанлик коэффициентла-рига боглкклиги очиб берилган; 6. цилиндрик аджмий кабул килгичли абсорбцион куеш коллекторлзрининг тажрийбавий нусхалари яратилиб с1шовдан утказилган ва шу асосда бажарилган назарий ва тажрибавий ишларнянг узаро мое келиши текширилган ва яратилган куеи кол-лекторларининг амалий самарадорлигк аникланган.

BaaJ Abdul Karim

Optimization ior parameters of absorptional solar collectors with cylinderlcal volumetric heat receivers .in hot water supplying systems in Syria Arabic Republic Abstract

This thesi3 is devoted 'to choice of в cheep and sin-pile."' construction for a solar collector lor hot water supplying sy. terns In Syria Arabic Republic, as well as to improving its explo tation characteristics by means of thermal optimisation of its basic parameters.

The basic results are following:

1. It is established that one can use the absorptional solar collectors with cylinderlcal volumetric heat receivers used as a thermal source in hot water supplying systems; 2. both location and orientation of the cylinderlcal volumetric heat receivers агэ optimized; "3. a method for establishing the thermal efficiency of volumetric receivers is developed; 4. the internal capacity is optimized for absorptional solar collectors heat receivers, coupled with a hot water tank -accumulator; 5. the influence of tha heat conduction of the volumetric heat receiver material on the • • thermal characteristics as well as their geometrical parameters are established; 6. experimental models are created and tes .s are performed for the absorptional solar collectors with the cylinderlcal volumetric heat receivers; on this basis adequaticy of the calculated and experimental investigations, as well as a real efficiency ol the d&velccfiiLsalar collectors are established.

2 П*Я/\К

а • 1,2,Ï и i axm*reím-HS'o при ci л OJO,20 и ЗС/*; л . » "> >, t nrn« я e 4Ü, 50 h 60* ;

Гно.З. Злмл-ижхть ттркнчгхкх-и • гшшлгги iat;um./:j HM*OV* *u>jtx T«I-поприсиш'.коа aCvoj-ftyiOfi.4f.rx сил/с-ч* m..* >\>лп*>ггоро»» (Т',л)от

ua. ¿fltami иж irv\>-