автореферат диссертации по энергетике, 05.14.05, диссертация на тему:Разработка и внедрение солнечных коллекторов

ВВЕДЕНИЕ.'.

Глава I. СОЛНЕЧНЫЕ КОЛЛЕКТОРЫ ДЛЯ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ,ОСОБЕННОСТИ констржда.

1.1. Типы котлов,используемые в солнечных коллекторах .II

1.2. Материалы,применяемые в солнечных коллекторах

1.3. Светопрозрачные покрытия солнечных коллекторов 25 1.4у Постановка задачи.

Глава 2. СРАШИТЕЛБНЫЕ ИСПЫТАНИЯ СОЛНЕЧНЫХ ВОДОНАГРЕВАТЕЛЕМ РАЗЛИЧНОГО ТИПА

2.1. Методика проведения испытаний .V.

2.2.' Конструкции водонагревателей,представленных на испытания.

2.3. Результаты испытаний.

2.4. Анализ теплового режима

2.5. Анализ гидродинамического режима

2.6. Ресурсные испытания солнечных коллекторов

2.7. Выводы по межведомственным испытаниям солнечных водонагревательных установок

Глава 3. СОЛНЕЧНЫЕ ВОДОНАГРЕВАТЕЛШЫЕ УСТАНОВКИ ДЛЯ СЕЗОННОГО ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ ТИПА "ПОДУШКА".

3.1. Устройство коллектора типа "подушка"

3.2. Методика проведения испытаний .:

3.3. Методика исследования теплообмена в коллекторах типа "подушка"

3.4. Анализ результатов исследования теплообмена в коллекторе типа "подушка" .V

3.5. Моделирование теплообмена в солнечном коллекторе типа "подушка" .;

3.6. Сравнение результатов исследования физической и математической модели солнечного коллектора типа "подушка"

З.7.1 Влияние ориентации солнечных коллекторов на величину поступления солнечной радиации . III

Глава 4. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОДОНАГРЕВАТЕЛЕЙ

4.1. Конструкции гелиодушевых установок с теплоприемником типа "подушка"

4.2. Экономические аспекты внедрения солнечного водонагревателя с коллектором типа "подушка" в народное хозяйство

ВЫВОДЫ

Экономия тепла и энергии в нашей стране является общегосударственной задачей.' В связи с этим ЦК КПСС и Совет Министров СССР приняли ряд постановлений,направленных на повышение эффективности использования топливно-энергетических: ресурсов в стране.' В частности конкретные задачи определены в Постановлении ЦК КПСС и Совета Министров СССР "О мерах по повышению эффективности использования топливно-энергетических ресурсов в народном хозяйстве" ( 1973 г.< ),в котором большое внимание уделено рациональному использованию тепловой и электрической энергии на основе внедрения высокоэффективной технологии использования и научно обо оно ванных удельных норм расхода энергии,использованию местных энергетических ресурсов в народном хозяйстве." Отмечено,что в этом деле немаловашюе значение имеет использование возобновляемых источников энергии,в частности,солнечной энергии,которая уже сейчас находит практическое применение в различных отраслях народного хозяйства,поскольку солнечная энергия имеет такие позитивные стороны,как неисчерпаемый запас,чистота использования,что является важным,так как перед человечеством встала серьезная проблема - охрана окружающей среды от загрязнения,вследствии сжигания традиционного топлива.1

Знергосберегающая политика страны проходит красной нитью через последующие мероприятия. Так 02.04.1981 г. ЦК КПСС и Совет Министров СССР приняли Постановление № 328 "Об основных направлениях и мерах по повышению эффективности использования топливно-энергетических ресурсов в народном хозяйстве в 1981-1985 годах и на период до 1990 года",во исполнение которого всеми союзными республиками разработаны конкретные мероприятия по экономии топливно-энергетических ресурсов и замещению их за счет возобновляемых источников энергии.1 Туркменская ССР планирует к 1990 году ежегодно экономить за счет солнечной энергии 60 тыс.т.у.т.1

К настоящему времени накоплен достаточный опыт преобразования солнечной энергии в электрическую,тепловую и т.д.! Но наиболее. доступно и экономически оправданно при нынешнем уровне развития техники применение солнечной энергии в низкопотенциальных установках,к каким относятся солнечные водонагревательные установки, предназначенные для теплоснабжения отдельных потребителей.5 Отдельные конструкции СБН уже сейчас экономически себя оправдывают при использовании их в отдаленных районах страны,где стоимость топлива сравнительно дорогая из-за отсутствия централизованного снабжения.1 К таким районам относятся пустынные и полупустынные районы среднеазиатских республик,в частности,Туркменской ССР.1

Важность использования неограниченных ресурсов солнечной энергии для Туркмении обусловлена,с одной стороны,чрезвычайно благоприятными климатическими условиями: обилие солнечных дней,' высокая интенсивность солнечной радиации и т.д.,а с другой - неравномерным распределением местных топливных и иных энергетических ресурсов по территории республики и трудностью обеспечения энергией разрозненных потребителей в условиях пустыни при малой плотности нагрузки.1

Т\ с» «>

В мировои практике накоплен значительный опыт использования солнечной энергии для теплохладоснабжения и для горячего водоснабжения в частности.' Имеется и отечественный опыт по созданию солнечных водонагревательных установок.' Однако большинство из них являются экспериментальными или опытно-промышленными образцами, а имеющиеся серийные СШ не полностью отвечают предъявляемым, со стороны,потребителей,требованиям.5 Так,например,они отличаются большой металлоемкостью,не оптимизированы весо-габаритные параметры и конструкции приемников солнечной энергии,недостаточно изучены тепловой и гидродинамический режимы работ в нестационарных уеловиях,что ведет к еще большему усугублению вышеуказанных недостатков,которые приводят к неоправданному увеличению их стоимости и в конечном итоге значительно сдерживают внедрение СЕН в народное хозяйство

Целью настоящей работы является:

- изучение мирового и отечественного опыта разработки,изготовления и эксплуатации СШ для горячего водоснабжения;1

- проведение сравнительных испытаний различных конструкций СШ,' их теплоприемников и обобщение результатов испытаний с целью определения оптимальных конструкций в зависимости от назначения и области применения;

- изучение теплового и гидравлического режимов работы СЕН,выявление их особеннностей и разработка рекомендаций по улучшению технико-экономических параметров СЕН;1

- разработка и создание конструкций солнечных водонагреватель-ных установок,предназначенных для непосредственного использования в народном хозяйстве.'

ВЫВОДЫ

1.; Проведенный тщательный анализ результатов Межведомственных испытаний солнечных водонагревателей различного типа позволил изучить особенности теплового и гидродинамического режима работы солнечных коллекторов,а также выявить их эксплуатационные показатели.'

2.« Среднеинтегральная эффективность солнечных коллекторов типа "лист","лист-труба" и "подушка" различается на 2-3 % и составляет в летнее время 50-60 % при нагреве воды до температуры

45 °С и 70-75 % при нагреве воды до температуры 40 °С. Кроме того водонагреватели типа "подушка" совмещают в себе как функции солнечного коллектора, так и функции аккумулятора тепла.1

В весенне-осенний период среднеинтегральная эффективность солнечных коллекторов в связи с резкими колебаниями радиацион-но-климатических условий изменяется от 10 % С для ранней весны и поздней осени ) до 40-50 % ( для поздней весны и ранней осени

3. Испытания показали,что наиболее совершенными по теплотехническим и гидродинамическим свойствам являются коллекторы типа "лист". Коллекторы типа "лист-труба",имеющие сходные параметры по тепловым свойствам,уступают коллекторам типа "лист" по гидродинамическим свойствам.'

4. Наиболее приемлемым материалом для изготовления котлов солнечных коллекторов является листовая сталь толщиной 1,5-2 мм." 5.1 Согласно результатов испытаний коллектор типа "подушка" являясь наиболее простым конструктивно,по теплотехническим качествам мало уступает другим вицам коллекторов,что позволило рекомендовать этот тип водонагревателя для индивидуальных сезонных потребителей/ В летнее время средняя конечная температура воды в коллекторе достигает 68 °С при емкости коллектора 150 л ( толщина котла ОД м ). Водонагреватель с коллектором типа "подушка" может удовлетворительно работать и в осенне-весенний период.' Так во второй половине ноября средняя температура воды в коллекторе достигала 36 °С,а весной ( 9 марта ) до 52 6v Среднеинтегральная эффективность солнечного коллектора типа "подушка",при использовании его в накопительном режиме в течение года составляет 40-50 %л- А при использовании в режиме накопления в сочетании с периодическим отбором эта эффективность повышается на 20-30 % в зависимости от режима отбора и температурного уровня отбираемой воды.*

7/ Проведено исследование процессов теплообмена в солнечном

II II о о коллекторе типа "подушка" на экспериментальной и математической модели-.1 Процессы теплообмена в этом коллекторе описываются по теории нестационарной теплопроводности. Исходя из этого даны рекомендации для выбора коэффициента эквивалентной теплопроводности в зависимости от рациационно-климатических условий для всего периода сезонного использования коллектора.' С помощью методов вычислительной гидродинамики получена качественная картина процесса/

8/ Определен оптимальный угол наклона солнечного коллектора типа "подушка" к горизонту при его сезонном использовании с точки зрения создания наилучшей конвекции теплоносителя внутри коллектора и оптимальной его ориентации на солнце. Этот угол равен 30°.

9.' Разработаны рекомендации для проектирования и изготовления солнечных водонагревательных установок с коллектором типа "подушка" для индивидуальных потребителей.- На основании теоретических, экспериментальных и натурных исследований,СПКБ с 0П НПО "Солнце" АН ТССР освоило серийный выпуск гелиодушевых установок,которые пользуются широким спросом и успешно работают в хозяйствах республики.'

10. Сравнительный анализ установок с коллектором типа "подушка" со стандартными,работающими на традиционном топливе водонагревателями АГВ-120 и ШИИСТО-М показал,что солнечный водонагреватель по ряду важнейших экономических показателей сопостао вим с ними,а по себестоимости получения I м воды выгоднее в 2-3 раза.»

1. Андерсон Б. Солнечная энергия ( Основы строительного проектирования ). М., Стройиздат, 1982,

2. Glnl МогЮ Visita od una íabfcica di coeeectoг1 In Js<8ae£c„cinstQ€€.Lia£l,,l9Ôli?2<N12,1621

3. GlnlMasio The development and adaption oí cons^action techniques in connection energy, saving, ,,interg4Ua'79"! Ргос. 12th tint,GaC/an con*., Pasts, 20-25, May 19?9

4. Даффи Дж.,Бекман У.1 Тепловые процессы с использованием солнечной энергии.' М., "Мир", 1977.1.y. Dea kln David a. soeas coeeectoz panéeк/1.126/4Р0 N427924?

5. Co€ei Jecm-ceoude Le development de ^utilisation de Z'enztqie. lotaize „Chauff-peomß 197?, M 299,49-50

6. Coeeins P.Q.,Tomklns R, SoCa? епггд.у, conversion

7. Electronic and Pov^efc", 1979, 25, N7, 480-484.24v Магометов А.Д.,Дибиров М.Г.,Сатановский M.P.' Гелиоводонагревательная установка на основе стальных отопительных радиаторов РСГ-2. Гелиотехника, 1980, 1Ь 4.

8. Мак-Вейг Д.! Применение солнечной энергии.; M.V Энергоиз-дат, I98I.I26.s Мамедбейли Г.Д.1 Простые »дешевые и надежные солнечные водонагреватели.1 Баку, "Элм", I970J

9. Mû^hotza L.K., Chîclûm богат К., Chozpa K.L. Paztey. îzZzctive bicick point coating,* „dut, J. Спегду Res," 1981, 9, *9?-59ô.

10. Pheeme J. Mazînqiia" I9&I, 9, rd I, 16-22

11. Роррбе^ее з.м. CotzosLonz consLdezatiori in the use of aeuminium and copрег so^og епгг^ соШсюг* , JS6S Congress, Los Ongetes, Ex ten tied d6stfccict;1. Рарег ?0/l2,Juey 197?

12. Pteeoi P. 1С., Qgazbae R.C. SpeitzaCy seeecii&c surfaces cise a дгес/i he€p ln some coses. *Pncfceas¿r?jf. the efficiency „ Sunuc/o*ed" I9&r(9,isi5;

13. Reda Сагео Vltaeita' deee'ene^gia soeafce„ Posto „Savona" I9&0 , 2?, M6, 95-96

14. Read U/.R., chiisUe Е.л. Тегтае chata c/te*¿s ices o-f atrcicuated tubuzaz SQ^ar coiZectozs, Papafc 12/9 ¿ibid.47. f?u8y "Paníee Soeos witch híttez „Popueatei'ScL. " 1981, 219, iv/4, 16*

15. Redpoint Üssoctoíes Lid, Cheney Мотоъ, Svcindon *iv2i 2 Q N , Wv¿tshi«e j ü.K. (Ю7б)

16. Сор^иг soupe сГепегдле soecitfce1. M. F8¿/ J ?/02. iV50.; Роуч П.1 Вычислительная гидродинамика.' М. ,! 1982.5Г. Саатов Ф.' Исследование и разработка солнечных водонагре-вательных установок. Кандидатская диссертация, Ташкент, 1978.1

17. Soy¿gh A.A.M. Effect of dust on feat-peat сoe-£ecto*s„ Sur».- Mankind's futuzz Source Energy . Voti,

18. St'gat Thomas The lYlocomft $сз£аъ BuiZdincj „ Sun\*0*«cT 1979, 22 , 268-269

19. Smoea PfciecKich VeiWQfiun^ clez Synneneneagie In 0Sste«?elch,l0ste'22eichtíng-H"l979l221iv7,268

20. SotQZ бпегэд in the USA „ Сурги5 Jr\d. a. " 1977, 2., fy)2 , 57.

21. Турулов В.А.,Каем Ю.3.; Использование солнечной энергии для отопления и горячего водоснабжения полевого вагона-общежития. Гелиотехника, 1978, № 4.;61. „Technocrat" 197F, 8, inIЦ)

22. Ушакова А.<Д.< Рекомендации по внедрению солнечных водона-гревательных установок в сельское хозяйство. Ашхабад, 1983.;64. и К Ъобог heating, hots-up „ Еигор Po ъ/гъ HZWS 19 81, is/ 2,5.

23. Yo^gi aefsed "pu Pont (SwfcUCandJ teCfs o-f Its pCostlc QlozLnq, mat(2^taes„ SunwoGd" 1981, rJ9,66. steam ahead -fcs domestic %oZoz

24. Japan Scuens and Technology."\9l0, 21,ь\го5М 69? Ногути Тэцуо. м Нзнре KeKQUCU" 1 9вО, F9, М 640 , 661-66?.

25. ССепп С. Coating sand coating processes•foil ffcat-peate soeae сoC£ectoz$n M an и -fa с+огу. Engeneetlng" 1981, 6 7, tf R , ? W?.

26. HoJdu J.8., Sueeliran ТЕ. SeCeciLbi. -¿иг-faces 4ог Soeas еисъуу „ Ргос. lO^ Conqtess 1У1етае FiniCh , Kyoto, 1980 " Tokyo ,1980, 197-19872? Зиер Р?,Стрид,Джейм Е?Хилл и др." Результаты и анализ испытаний жидкостных плоских солнечных коллекторов?

27. V/Спе^огпег (?СсЬаг4 М. HLat тсггог-а picicti сat attetnatib-e. tothe seeecti.be а б so* бег „ Sha-гСпд. Sun Soe. Technology. SzTrcri-bLes DoLnt. Con-F

28. Cimez. sec. Soеаг£пегду Soc. and 5оеаг Soc. Canada , Winnipeg,\97b,vot 6, 1976,74. v\/e ve hoznessecl soiat enezqy, now e must1.pto the technology and market „ Отегссоп GCass Rzvieu)