автореферат диссертации по строительству, 05.23.03, диссертация на тему:Системная разработка солнечного коллектора для децентрализованного теплоснабжения

'«Л*«»

дортиии* .

КШВСЬНИЙ 1НЖЕНЕРНО - БУД1ВЕЛЬНИИ 1НСТИГУТ

СКПА^

На правах рукопису

Иойсеенко Вячеслав Вадимович

СИСТЕМНА РОЗРОБКА СОНЯЧНСГО КОЛЕКТОРй ДЛЯ ДЕЦЕНТРЛЛ130ВДНОГО ТЕШПОСГАЧАННЯ

05.23,03 - Теплопостачання, газопостачання, вентиляц1я, кондиц!онування пов1тря та осв1тлення

АВТОРЕФЕРАТ дисертацП на здобуття вченого ступеня кандидата техниних наук

КШв 19Э2

Робота виконана в Дериавному науково-дослЦному 1нститут! саннтарно!' твхн1ки та оСладнання буд!вель 1 споруд.

Науковий кер1вник: доктор техШчних наук,

професор, Б.В.Тарн11евский

0®1ц1йи1 опоненти: доктор техншних наук,

професор Б.Х.Драганов, кандидат техн!чних наук, доцент Й.П.Цепелев

Пров 1 дна орган1эац1я: 1нститут КШвЗНД1ЕП

Захкст в 1 дбудется "А^-" 1933 року о -'/3. годин1

на засЦанн! спец1ал1зовано1' ради К 066.05.08 в КиГвськоку 1н1енерно - буд1вельному 1 нети тут! за адресов: 25203?, КиТв-37, Пов1трофлотський проспект, 31.

С дисертац!ев ытна ознайоиитись в б]6л1отец1 К1Б].

Автореферат роз1сланий 1ЭЭЗ року.

Ачений секретар спец1ал1зовано1' ради, канд.техн. наук, професор г-

Б.Ф. Накорчевська

зягаыт характеристики роботи

ПктуалмПсть тени. Еколог1чн1 проблеии, ¡до супроводять тради-ц!йну енергстинц, заставлять звертатися до створения та розробки р1знохан1тш1х улаштувань для використання поновлкваних дяерел енергИ. Кл1матичн1 умови Укра'1'ни сприятлив! для вииористаиня со-нячно\ енергП - суиарне надходяення енергП за р!к складе? 3,85 ..5,15 ГДж на квадратний аетр горизонтально! повсрхнЬ С;;стзми сонячного нагр!вання ыокуть змвниити використання паливних ресурс 1 и, в першу черту, в гарячому водоностачанн! та низъкстевпера-турному опаленн! децентрал1зованих сповииачЮ. Вяеливиы пнтанняк роэвитку сонячного теплопостачання е створения топлотехШчно е<5-ективних та еиономИно виправданих иоистрцкц1й сонячних колекто-р1в.

Ц1ль роботи полягас в розройц1 методу багатовар1аятного анал!зу конструкции сонячних колектор1в, цо пЦйикуе ефективн1сть принят-тя р 1вень при стввренн! нових та вдосксналенн! 1сндвчих неделей; розробщ пристроив та процедур» экспериментального з1ставяення вар1ант1в нонструкц1й колектор!в в незаленккх в1д погоди умовах з допомогое нтучних дяерел випрс!<1ксвання, 0сновн1 задач1 досМдаення:

- розгляпути иатеаатмчну модель :;олектора та аиэначити залевШсть ККД колектора в!д конструкциями:! параметра;

- розробити алгоритм та програннв забезпеченн!! для моделпвання сонячного колектора;

- розробити метод опгин!зац1Г сонячного колсктсра на основ! уза-гальнвного критер1в, программе забеспеченм, необх1дне для його реаМзацП, та провести взр1антн! роэрзхуши;

- створити лаборатории цстеисвну. що доззолке в умовах з1ставлен-ня прэводити експерииентальп! досл^еи!;; сппкчних колектор!а;

- досл1дити рад1ац1йний те.плообм'н пои ^пробиваниях сонячних коннектор 1з на стенд 1 - 1а1тат?р1 соиячпого модьч^нсвання;

- досл1дитн адекватн1сть регресКшгч нодед! опрацгзапня результата вин1рввань;

- розробити методику випробувань та лрозчсти -кспериы8нтальн1 до-сл1 л^еиня сопччного полег.,ора.

Наукову новизну роботи складаать:

- системна трикритер^альнз дсгерм1чг>в»ка нацель плоского сонячного колектора;

- ргзультэти внзначення, класнф1иац 1У та дослЦввиия мк^'-чни ва-

р!ивальних параиа7р1в плоского сонячного колектора;

- результати експериментального дослЦнення рад1ац!йного теплооб-и1ну на стенд! - 1н1татор1 сонячного випрон1нввання;

- уточнения регресЮноУ аодел 1 сонячного колектора при випробдва-нях шляхом визкачення' д!сперс11 в1дтворювання ыиттевого ККД,

Практична значШсть гшлягае в методичному, експериыентально-ыу та програмнону забеспеченн! розробок сонячних нолектор1в. Розроблено метод оптим1зацП конструкцП плоского сонячного ко-лектора, призначений для багатовар!антного анал1зу на ЕОМ. Створена експериментальна установка 1и1тац1йного типу для зитавлв-вания вар1ант1в конструкц1й сонячних колектор!в. Рсзроблена методика випробувань колектор!в в 1м1тованих уыовах з уточнении оп-рациванням результат^ вим1рвзань. Розроблена програма для опра-цювання в1дпов1дно до методики ЕИпробувань колектор!в, Запропоно-вана нова конструкц1я вксперимвнтально! установки, на яку одержано авторське св1доцтво N 1697033. Результати досл1джеиь викорис-тован1 при розробц! кинструтий для вирсблввання сонячних калек-тор 1 в на завод1 "1рпеньнаш" та Зуйському «онтакно-заРоПвельнокц завод1.

ЙпробаЩя роботи. Матер1али дисертац1йно1" роботи доповЦались та обм1рковувались на 47-1Я та 51—1й науково-техн1чних нонфереп-ц1ях Ки'1'вського 1няенерно-буд1вгльного ¡нет!туту; Республиканскому сек 1 нар 1 "використання сонячноУ^енергП' в народному господа-рств 1" ( ы. Ки'1'в, 1967 р. ), Республ1канському сем!нар1 "Проекту-вання, буд1вництво та еисплуатац1я установок сонячного теплохоло-допостачання" ( и. Ки1'в, 1966 р. ). Республ1канськ1й науково-твх-н1чн1й конференцП "Основн! напрякки та доев 1 д використання не-традиц!йних днерел енергП в нар о дно« у господарствГ ( и. Душанбе, 1 988 р. ), Республ1канському сем1нар1 "1Ндв1цення ефективно-ст1 установок сонячного теплохолодопостачання" ( и. КиУе, 1991 р. ), Республ1канськ1й науково-техн1чн1й конференцП "Використання сонячно!, енергП в народному господарств!" ( м. Ташкент, 1991 р. ), Республ1канськ1й науково-техн1чн1й конференцП "Со-нячна енергетика: европейський досв1д та Укра1'на" С м. Ки1'в, 1991 р. ).

Публ1кацП. По тем 1 дисертацП опубл1ковано 12 ро61т, в тому чис-л1 3 авторських св1доцтва на винаходи.

Стрцктира та обсяг роботи. ДиоертаЩя складается 1з вступу, трьох розд1л1в, загалъних висновк!в, б1бл1ографП з 65 найменувань та семи додатк!в. Викладена на 203 стор!нках машинописного тексту.

внлючавчи 23 таблиц! та 34 ыалвнки.

зм1ст роеоти

У Естчп1 сбгруктовуетъса актуальнКтъ роботк та под?па "V коротка характеристика.

В первому рсзд!л1 викладено огляд в1домих конструкцК? плоских сонячнлх иолрктор!в. Розглянут1 з)дом! систем;;! доел!дкення твк-Шчних улатативань. Мляхом анализу задач! нстструпвання сонячного колектора виконака постановка системно'! задачК Пров1впи функцЮ-налънп-структурно декомпозиц1ш сонячного колектсра нокна подати задачу конструюаання у еигляд! дерева риень С изл.1 ). Одначэ приведена схема не в 1 добрааае дсЩльносг! конструяваиня. Друге утруднмшя зводится до того, но за точно®, дня родае моЕливе значения об'сита вибсиу знаходится нзб!р параметр!в. .При цьоыу нвмо-яливо бути наперед упевненим в р1йноц1шюст1 цих параыетр1в або перевакноку значешМ одного з них. I нарешт! Юнуе протир1ччя ы!з розчленован!стью розрахунових иетод1в та суц1льностьв вир1ицвано1

задач! коструЕ£знна, осн1льки як1сть сонячного колектора в Щлому не е просто® сунои скостей складаючих його. елемеит1в.

В с е б 1чн е вкр1йення задач! ство-рвиня кових та анчл1зу 1сндвчих кон-струвц1й ионна досягти на основ! си-стекного подходу до сонячного колеи-тора. На кал.2 подана запропонована системна модель, цп в знгчн1й м!р1 В1дппп'1дас.сцт1 процесу створення конкретного сонячного колектора.

В другому роздШ проводиться тео-рвтачпе дос.Идяення сонячного колектора на ослов! запропоновано!' сис-текноУ йодзл!,

2 - тильна тепло'1золяц1^. - В1дпоз1дчо до системно!' модел! ко-

3 - прозоре покриття, нструкц1я с;чг»яого колектора зала-

4 - корпус. нить э 1 д р ьпр!-:зальнчх пзраизтр1в

2\,22.....гг, ь-отр! б уд? *г озхувагд -о,- ,,,..1г) в р-йер-

нои простор!. Вгр 1юваль:)! параметри •■'■» ■ рШинк-ч опису-

.5анкц!с"чвакна сонячного колект;рй. ,:г. щльой! аднкцП

Мал.1 Дерево р!аень сонячного колектора; об'екти внбору: 1 - теп-лосприйааича панель, •

Кал.2 Систенка модель сонячного колектора

®y(Z), y = (l,..,k). ¡я необх!дно екстрем1эувати. Ц1 льоэI фупкцП утворюютъ трии1рний прост1р. Периа Щльова функцЫ - ККД - абие-вена принцШально д1апазоноы значень 0... 1. Друга та трота ц1-льов1 функцп являють собою в1д'емн1 значения загальиого приросту маек та вартост1 колектора; вони обне«ен1 лише з одного боич иу-льовим значениям. Таке подалня вектора критерПа забеспечч- = 5га-льний дла в с 1х його компонент напряы ( град!ент )■ екстреидну.

Обмеження, но входять в систему модель колектора, при узагель-ненн! зводяться т1лькй до двих принципово ваяливих формал1зованих обменень: параыетркчних та функЩональних. Шо0 уникнути явно не-допустимих значень окремих ц1льобих функц1й, взодяться критер1а-льн! обмешення, Параметричн1 ебмевення вид1ляють в г-ы1рному простор! параиетр1в паралелеШпед С инозину 3 П обсягоы

V = /7 (z'-z/)

J a

ФункцЮнальн! обиемення вид1ляить в П деяку п!дмнонину £ . Bel три види обмеаень видШвть допустииу инозину D , тобто мнояину вар1ант1в I конструкцП, задовольняичих ц1 обыенення таким чинон, цо П - пЦмноиина G , a G - пЦмножина D. Якцо функцН FKZ) та ФуС Z J безперервн! в Г! , то инокини G та D замкнуть НеобхЦно знайти теку ыноаину Р , що налеаить D , дла якого

Ф(Р) = чип Фи)

о

де Ф(2) = ( Ф1 ( Z ),.. ,Фк( 7. ) ) - вектор критерий.

ЗгЦно з визначенняа точка ZA С 1" [ D ) називаетъея оптимальною по Парвто, якщо не 1снуе точки Z t D , тако1" до ФуС Z 3 < = <Py(ZA) для вс1х уг(1,,,,к) та хоча б для одного у ФуС Z i < ®y(ZA). Мновина Р , що налетать D , називаетьса парето-оптииальнов, як-иовона складается 1з ycix оптинальних по Папето точок.

Периа ц1льова функц1я колектора - ККД - гизначаеться 1з иагема-тично)' ыодел!, що описуе його тепловий стан. Для виэначения ККД при системному досл1дгенн1 колектора застосована стац1онарна кп-дель ННВ Хотеля-Нилера-Бл1са.

Ф1гуруич1 в визначенн! nepuoï циьово!" фупкпП' величини е вар1-ивальними параметрами. Зм1н1 вар1ввального параметру конструкцП' ь1дпов 1дае певний прирост маси та вартостi. Склеван окрем! при-рости нас та вартостей параметр!» конструкцП' в ракках одного ва-р!анти одеряии другу та трптз и1льов1 фуикцП колектора - поений npupltiT нас:) та вартост!. На в1д»Пну еiд перво!" ц!лвово1' эднкцп-

2-У-6

S

- ККД - для другпI та гретьоУ ФункцП необх!дно энайти ыпПму-ми .

На о снов 1 проведеного анзл1зу розроблено алгоритм моделшвання сонячного иолектора. Одерханий алгоритм дозволяе, грунтуючись на параметрах конструкцП, побудувати допустиму мнояину вар1ант1в конструкцП колектора та вид1лити в н1й парето-оптимальн! вар!ан ти.

Розроблена програма забеспечуе побудову парето-оптиналъноУ ино лини вар1ант!в конструкцП сонячного колектора в тримЭрно-деком-позованому простор! ц1льових Функц1й. Програма моке засгосовува-тися на 1ВН-сум!сннл коыпатерах с обсягом ОЗУ в!д 640 килобайт т< вице.

На основ! розроблено! программ було проведено доел!дявння од-носкляного сонячного колектора при р1зних значениях варИовальних параметр1в.

Крнтер1ем 1стотност1 параметра зг!дно з методикой чисельного досл1дгення е ширина ¡нтерзалу ККД, що в!дпов1дае вежливому д1-апазону вар!ввання параметра.

Для створення методу розрахунковоУ оитим1зац!У сонячного колектора запропоновано узагальнений притер 1й, що в1дпов1дас Унтереса! спомвача обладнання данного виду.

С точки зору сшшшача, що витрачае кошти на придбання сонячного колектора для створення та використання установки сонячного теплопостачання ( горяного водопостачання ) найважливЮош характеристикой с пор!вняння витрат з Нею користш, яку в!н ноже одергати використовувчи колектор. Через те для сполшача найкра-цою конструкц!еи колектора буде та, яка забеспечуе б1льи низьку варт1сть одиниц1 виробленоУ теплово!' енергП.

У в1дпов1дност! з ции узагальненим критер!ем оптим1зац1У 5 е варт!сть одиниц! тепловоУ енергП, виробленоУ колекторон за весь строк його служби:

5= унт,

де С - питона варПсть колектора, крб/м2; ^ - гмтома потуЕ-н1сть колектора в.-нормованих умовах, Вт/н2; п - строк слувби колектора, рок 1в; £ - число годин роботи колектора на р!к, год/р!й. Зворотна системна задача полягае у визначенн! вар!анту конструкцП', при як1й запропоновэний узагальнений критер 1й прий-иае н!н!мальне значения.

О

Для вирИепия uieï задач! було проведено дпсл1д«екна кнохини С простору ) ан:-1л1зованих параметр!в конструкиП',

Буди побудован! залсжиост! критер]и оптнШзацИ в1д товзнни прозорого покриття, товщини ст 1 нк'Л корлусу, зсвн 1 GHbого д1акатра та товщини CTiHHH каналу для руху теплонос1я. Bel перечислен! за-пекност! зросташтъ 1 и1н1ыуы критер1я оптмм1зпц! ï знаходитьгг ::а 1ияи1 й медi д1апазону вар1ювання. Па пЦсумкопому впливу ; ~ :ni-repirt оптимхзащï йота ствердяуватк, цо при вийор! топц.чкл сила-юго прозорого покриття, бокозо! с'."¡яки корпусу, д1анегрг та тоз-!ини cTinKiî канала несбх!дно досягати нанманв иовливк?: значень, гиходачи з и1ркувань н1цност1.

Залеяност! критер1ш оптнм1зац1ï в 1д и1ацентрово1 в5дстан1, тов-иши тильни?' 1золяцП', листа та пов1тряного прон1вку С кал.З ) »ають нел1н1йний характер та иаить чiн 1 вссредкн! досл1двува-

0kl.

[à'j. m

0,015

G,№j

№ дй

o.os

a)

0,цу. о,ос

с

о,со>

(1.005

ю

0,0'I

ОМ

аМ * ос«

010

0,15

О, ¿6 X

ы.З Нел!н1йн1 залеашост1 узагальнеиого критер1ш (S, крб/кВт.г) .д: а) Т09ЧИИН muta У тепл?'.золяцП\ б) товцини листа, в) тов-1ни ппштряного пр см! hk'j, г) мвы-внтрово! вЦстан! ( X, и ).

о *

ного 1кт«рв<1лу зкачвнь. Таких чипом знаходаення мпимуку уэагаль-непого критер1л пор1вняння необх1дно проводити в чотирим1рноыу простор! сл!дувчих параметр1в: м1вцентрово'1 в!дстаи 1, товщини тилыш!' 1золяц11, листа та псвиряного прон!аку.

Для вир1вення ц1е! задач! була створена програма, цо розвязус ци задачу иетодоы посл!доштго перебору, Наявшить программ для проведения оптиШзацП' усувае залешПсть методу и 1 д ц1ноних про-порц!й, дае моалив!сть проводити до сл 1 дм енни та дисягати праитич-них результат 1в в йудь-яких цЬювих умовах. Прийняп нормован! параметр)! о!дпов!даать уыовам роботи килектора в кл^мап Укранш на протяз! 01льио1 частики року: густина випроишюванна - 500 Бт/м2, температура зовн1знього пов1тря - 10сС, швидк1сть в 1 тру -5 м/с, середньор1чне число годин роботи полтора Ш"-- год/р1к. Б результат! вар1антних роэрахунк1в на ЕОМ одержано дан 1 про конструкции! паракетри 1з низки неталевих т<- неиетадевнх маюр1ал)в, «о забеспечузть найнвнысу варт1сть вироблвпавоУ теплено* енергИ,

В третьому роздШ ризглядаиться задач!, повязан! з екслерикен-тальниаи досл1дженнями сонячних колекгор!в на 1 к 1таторI сонячного вкпром1нввання. Огляд вЦсмих 1м1 тац!йних установок та знал1з дасрел випром1кюЕання показав, що експериментальн 1 установки для вилробування сонячних колектор!в на основ! штучних длерел випро-и1иввання одергушть в останнс /.есятидИтя вироке розповсидження. забеспечувть незалевн1сть повнсго комплекту зилробусальних процо дур в 1 д погодних умов, М0£лив1сть З1ставлення результат! в випро-бувань та вЦповЦають вимогам системно! розробки сонячних колек-тор!в. Доц!льн1сть використання Штац1йних установок при системно-структурному анал!з1 Шдтзердкуеться праиями О.П.Цепелева в галуз! моделювання кл1маткчних умов в примИценнях.

В кра!нах СНД спец1ал1зоьаний стенд - 1м1татор для випробування сонячних колектор!в був уперие створений в К и Т в 3 Н ДIЕ П. Створюють та удосконалювть так1 установк1 в орган!зац!ях, цо розроблшвть колектори: НД1СТ, ЕН1Н, 1ВТАН, К1Б1.

В результат! аиал!зу виявлен! основн! характеристики стенд1в -Зк!татор1в, визначена 1х фуннц!ональна структура. Для експеримен-тальних дослЦлень створено стенд - !миатор сонячного випром1ню-вання, що дозволяе випробовувати соиячний колектор в умовах, мо~ делншчих спектральнт та простороп! характеристики наземно! соняч-но1" рад;ацП'. Установка вклшчае в себе свНлооптичну та теплог!д-равл1чну частини. 1ы1 тдюче сонячне випромшовання генеруеться не-талогалогенними лампами ДРИ-3500 з кольоровов т«Ипературош 4200 К

Схема твплог 1дравличнсп частипи стенду показана на мал.4.

В загальноиу внгляд! створена гкспериментальна установка харак-герязуеться Шдувчими техп1чними параметрами: елочтрична потуи-!псть повна - 23 кВт; елсктричма потуши сть днерел випро«1нюван-ня - 21 кВт; елетрична потуин!стъ нагр!вального пристрою - 7 кВт; к!льк1сть дгорел ЕипроиПнооання - 5. площе рабочего поля зипробу-вання - 2 м2; густипа потоку в!тро»1ниваш1Я в иеззх робочого поля - 500..1100 Вт/м2; нер1вном1рн1сть гусгини потоку вилром1нз-вання в кедах ройочого поля - (27.: кут розб!мост! пучка вкпром}-мшвання - гр; максимальна витрата теплоносЗя, го зайеспечу }!Е'Обх1дн1 яла вчпробувань параметр» - 100 кг/год; д1апазон регд-лювлння температуря теллонос!я - 25 ... 35'С.

Прл л.осл1 д»пня 1 адекватност! 1м1тац1йних умов н^турним вияглене спотворюючий пплиз 1нФрачервоних теплових поток!в.

Теплове випром 1иах?ання на 1м1татор1 в першу чергу обумовлеко псгр1вом лицьових ловерхонь сНтлових. прилад1в.

3 метою визначения температуря лицьово!' ловерхнЗ свИловлх приладь на стенд! Буля проведен! вияЗрявання в р1внсва«ноыу топло-вону стаШ. Буле визначено, щс зовн!ин! псверхн! використовуваних осп¡тли-.альних прилагав нагр!ваяться до 130,.160еС при температур! оточувчого пов I тря 15.,30 "С.

По закону зм1цешш Б1 на при ц!й температур! поверхн1 максимум кокохроматичноУ густини потоку теплового випрои1нрвания зиахо-дкться в зоп1 7 яки 1 на у,вил!, довшга яких перенщуе 4 ива, приходится 37,9.,55,%У. повис! снерг3V випромЗнгавання.

Таким «ином сопячний колектор при в.чпроОуваннях знаходиться п 1 д сп!льш1>: впливон ШЗтуючого сонячного та теплового випри«1нюван-нч. В зв'язку з ции було проведвне досл1днення рад1ац5йиого теп-лообм 1ну па стенд1 - 1н1 татор! сонячного вилромЗнювання.

Для понередньо'! оцЗнки рад1ац!йного теплообм!ну був виконаний розрахупок. Одеркана величина - 359 Ёт/м2 показуе, 150 теп-

лове випромИновання на стенд! - 1ы1татор1 сонячного випромЗиюван-пя мое;с досягати значень, ..орядок яких мало вЗдрЗзняеться в1д 1м!туючого сонячного випроы1шзвання. Для з1ставлення буз проведений розрахунок системи при Зниих значенная ступеня чорноти повер- • хоиь.

Екпериментальпе визначения теплового внлромЗпювання б плоцин! сонячного колоктора зд 1 йсшоьалось у такий сиос1б. СвЗтлов1 прила-ди вминались на час, необхЗдиий для досяглешш рЮловааного теплового стану ( 3000.,7200 с ). Ней стан визначався внн1риванняа

Мал.4 Схема п1дклвчення колектора на стр;:,л: 1 - сонячний колектор, 2 - трубопровод;-;, 3 - регулювч! венпШ, 4 - електронагр1ватель, 5 - угорело електричного струму,

6 - давач температури тсплонос1я, ? - дапач зовшшнот текператури, 8 - гпранометр,

9 - витратоШр, 10 - Ер!лътр, 11 - вш1рзрглъияА бак, 12 - нап1рний бак.

темппратурн nocapxni свНлового припаду.

3 допоиогои головки п1раноаетра ( спвктралытй д1зпазон 0,3,. .,2,4 ыкн J вим!ривалось 1мiтуючс солячне випрои1навання в плоци-н1 сомячного колектора. .Як в тор инний прилад використовуваося га-льваяомето ГСП-IV,-Я. ГПсля цъого св 1 тлопi прилади вимикались 1 гпсля спаду 1и1туэчого сонячного випром!иювання до нуля визнача-лась густина результугачого теплового потоку. Вим!ршвання теплового випромидазиня зд1йсннвалось датчиком РОП-1 С спектральний д1-апазон 0,2.,24 мкм ). Як вторинний прилад використовувався вольт-ичтр Ч'233 .

Результат пим1рввання по описан1й методиц1 приведен! на мал.5. Енмiряме значения Ср = 560 Вт/м2; тривал!сть другого пер!оду склала 40..50 с (з урахиванням стало!' часу головки п1ранометра); вим!ряне значения £"' - 150 Вт/м2. Ця величина одного порядку з розрахунковою ошнков, не перевидуе 1'!' 1 отзе узгоджуеться з ви-сонутои Ппотезпю про 1снування теплового рад!ац!йного вплизд при вппробупаннях.

На основ! проведеного анал1зу запропоноваиа удосконалена конст-рукШя стенда, на яку одсржэне авторське св!доцтво 1697033.

При випробуваннях сонячних колектор!в визначапть комплекси! па-раметри F Кк , цо характер1зунть ефектирн1сть нагр1-

ву сонячною рад!ац!сю та теплов! витрати. Еукан1 характеристики визначаються шляхом опрацювання результат1в випробцпання, як ко-еф!ц1енти одном! рно i л i н Юно Г perpecli'

де

zi -- F'iU)-Г к, Rl ± ei} и -- т) ( 1 1

Г-ср ьн (Тк-Тн)/А-Ек . (2)

А'-- (Та, - Тп)/Ек с 3 )

Було виявлено, що диспсрс1я результата спостереяення зростае з ростом ККД. Диспе pel я результат^ спостеревеиня ниттевого ККД, як посередньо вим1ряно! величини мае вигляд

Сум 1 сне вир1иення р1внянь С 2 ) та С 4 ) дае результат:

и

( )

Для врахування нер!вноточносп спостерекень ККД та одврвання найкрацих лШйних оц!кок ксеф!ц!ект!в регресп Р'(с^) та ГКк пропонусться м1н!ы1зувати сунц звакених квадратичных в)дхклень

!('/%) Цг + ти)

При цъому "вага" 1-го вЦхилення визначаеться з допсшо-

гов форыули ( 5 3. В результат! п1двлщуеться достовхрн!сть роз-рахунк!в систем сонячного теплопостачання, де характеристики ко-лектора ф1гурують в основних сп1вв1. юиекнях,

На основ1 проведених дослЦлень розрсблена методика випробувань та паскаль-програма для реал!зацП' регрес1йно! модели.

Мал.5 Результат!! вим1рювання рад!ац1йних поток!в на стенд!

пром1*кои, 2-з порупенняь герметичнсст1 пром1икз

На основ 1 розроблрно! методики випроОувань на спорудаеном в ИДIСТ стенд1 - 1ч1татор1 був досл!дхений сонячний колектор, Ц!ль досл!дкення полягала в визначенн! 1 стотност 1 !нф!льтрац!1 в пов1тряному прои1«ку через нещ1льност1. В результат! випробування визначена теплова характеристика при герметичному повИряному проьпвку та з порушенняи герметичност! вентиляц!йного отвору д1а-иетром 15 мм на боков1й ст1нц1. Для колектора з герметични» по-в!тряпим проШяком Р'(и) - 0,81В, Гк.^ - 9.181 Вт/(м2.К), при - 0 , 000 1 736 , о* 0. 563В, к = 0.0084051 75 .

Для колектора с порушен'ои герметичн!стып пов!тряного пром1гку

Г'(и)= 0 . 806 , П. 967 Вт/С м2 .К), при = 0. 000305 1,

0 . 929 1 , К* = 0 .0146521.

Пор1вняния теплових характеристик приведено на мал.6.

Таким чином, негерметичн!сть пов1тряного пром1зку зб1льшуе теп-лов 1 втрати сонячного колектора на 302. Цв, в своп чергу, приводить до зменьмення ККД на Ш в ре«им1 горячого водопостачання ( Ек 700 Вт/м2, Тср -- 50 "С, ^ -- 20 "С ).

При работ! колектора в склад! систем сонячного теплопостачання або установок гарячого водопостачання в1дбуваеться знииення теп-лопродуктивн 1 ст 1 за рахунок теплових втрат трубопровод^ в об-в'язц!. Для визначення впливу обв'язки сонячного колектора та эа-безпечення 1стотност1 результата випробувань було виконане тари-рування тепло!зольованих пЦведень, яке зводилось до виявлення теплових втрат, цо приходяться на них. Шляхом в!днесення теплових втрат до плод! колектора к1льк!сно визначено вплив п1дведень на тепловову характеристику колектора,

ЗЙШЬШ БИСНОВКИ

1. Лнал!з задач1 розробки сонячного колектора показав, цо нез-ваяаичи на велику вивчен1сть теплообы1нних процес1 в в колектор!,

1 снуе проблема прийняття р 1 шень по елементам конструкцП' в п-м1р-ному ( п > 1 ) простор! ц1. ьових функц1й при наявност1 ряду обме-зень. Вир1шення зазначеного питания пов'язано з системним анал1-зом конструкцп сонячного колектора та з1ставлкванош, в1дтворюва-нои експериментальною перев!ркош.

2. В результат! досл1дзення прямо! трикритер1ально! детермино-вано! системно! задач! розробки сонячного колектора визначено прост1р вектора критерП'в, инозина вар1явальния параметра, роз-роблено алгоритм 1 програму моделшвання на ЕОК.

3. 3 цзтов Д0СЛ1ДЕ6ННЯ ыноьини вар!ивальних параметров провь-дена класиф1кац!я та анал!з на основ1 методики, що пор1вные ва-р1ювальк1 паракетри по 1'х впливц на л!дсумковий ККД сонячного колектора. Проведено чисельне досл!дження односкляного сонячого колектора з металевим абсорбером на ЕОИ. Встановлено, що д1апазон зы1ни ККД при вар1вванн1 параметр1в виявився найб!льииы для тов-щини тйльно! 1золяцП ( 13,2?% ), кпнцентрово! вЦстан! каналов абсорбера С 17.60а ), коеф!Щект1в теплопров 1дност1 абсорбера ( 14,1 ЭХ ) 1 тильно!' тепло1золяцГ1 ( 10,32Х ), ступеня чорноти скла ( 1 1 ,337. ) та поверхн! абсорбера ( 10,327. ). . 4. Запропоновано узагальнений критерп! пор1вкяння конструкц!й сонячних колектор1в та розроблена методика анал1зу конструкции; з иетов проведения вар1антних розрахунк1в вибору конструкц1й опра-цьована паскаль-програма для вибору найкрацого вар1анту конструк-цП' шляхом визначення найменывого значения узагальненого критер 1к в простор 1 конструкц1йних параметра. ДослЦнення простору конструкции« параметр 1в показало, що знаходлення м1Шауыу узагальненого критер 1к1 пор1вняння моенэ проводктк в чотирии1рноиу простор! параметра: к1яцентрово"1 в1дстан1, товцини тильно! !золяцП, листа та пов1тряного пром!шку.

5. Вар1антн1 розрахунки по узагальненоау критер1в в ц1нових пропорц1ях 1989 року показали;

- найб1льш ефективними е конструнцП' колектора на основ 1 и1дно! трубки та листа 1з констрдкц1йноГ стал 1 ( 5 = 003188 крб/(кВт.год) ) або алюминия С 5 - 003189 крб/(кВт.год) ) при товщин! тильно! 1золяц!V 0,085 и, повИряного пром1кку 0,04 и та товцини листа 0,001 м ( конструкц1йна сталь ) 1 0,0005 и С алнш1-н!й ), к1кцентровов вцстанню 0,10 ( конструкЩйна сталь ) та 0,11 к с алвк1н!й );

- ефективн1сть колектор1в на основ 1 латунно! трубки виявилась нивче ефективност1 конструкц1й на основ 1 ы 1 дно трубки в 2 рази ( Б = ООСЗ.. .0, 0074 крбДкВт .год) );

- ефеитиЕн1сть колоктор 1в на. основ! трубки 1з легованно! стал! виявилась НИ1ЧС сфективност1 конструкции на оснсв1 м1дпо1 трубки в 3 рази ( $ - 0093... 0,01 15 крб/СкВт .год) );

- ненеталев! колектори 1з 1снувчих матер1ал1в менв ефектквк!, Шв металевЦ для сгворення ефектионнх конструкЩй. пол1аернкх конструкций шШнерних колвктор1в необхЦно кодиф1кувати 1 снувч 1 иатер1али з метою зб!львення строку служби;

- найкрациы материалом для пол1мерних конструкции колектор 1е

виявився noJiinponi лен í S = 0 i 4 крбЛкВт.год) ); наймеиьиа афак-тивмiсть у пол1етипенового колектора ( S = 018 крбЛкВт.год) ); - застосування планового покриття не поя!пиуе ефективност1 ко-лектор!в. В результат! вар1ант,чих розрахукк1в одержан! дан! про конетрукиi йн i параметри колектор!в э металевих та неыеталевих ма-тер1ал)в, чо забеслечують найменьшу варт1сть вироблввано!" тепло-boV енергП.

6. Анал1з в 1домих 1 мiтатор1 в сонячного випрон1нввання показав, що експериментальн! установки для випробування сонячних колекто-Р1 в на оси ос i втичннх джерел випром1нввання одержують в останне десятил1ття широке розповсюдяення, забеспечувть незалежн1стъ пов-ного комплекту випробувальних процедур в1д погодних умов, зЮтав-лвван!сть результат!в випробувань та в 1дпов1дашгь вимогам системно!' розробки сонячних колектор1в. Роэроблена та створена експери-ментальна установка на основ 1 этучних дяерел випром1нтвання для випробувань колектор!в, яка забеспечуе поверхневу густину випро-м!нювання в тест-площин! до 1100 Вт/м2 на площ! до 2 а2 з нер1в-HOMipiiicTK) 127..

7. Установлено характер впливу рад1ац!йного теплообм1ну в систем! стенд - колектор на адекватн!сть випробувань натурним уно-вам. Бперле к1льк1сно оц1нена, теоретично та експериментально, величина паразитного ¡нфрачервоного випром1нювання на стенд! та запропонована мвтодика йог о вим1ршваннл. Запропоновано новий спо-с1б та конструкШя стенда, ио забеспечують придушування паразитных теплових поток i в в св1тловодному елемент1. На констрцкцШ стенда одержано авторське св!доцтво Н i897033.

8. При статистичиому досл1дяенн1 процедури опрзцнщания результат 1в випробувань сонячного колектора виявлена нер1вном!рн1сть дисперсП в!дтворення миттевого ККД в експериментальних точках; тобто застосування методу найменьашх квадрат1в з р1вними ваговими коеф!ц1снтами вносить спотворення в результати випробувань. Для врахування цього явила шляхом застосування зваженого методу наименьших квадрат!в одержана залвжнЮть, цо дозволяе визначити дис-nepclm вЦтворювання миттевого ККД. Запропонована регрес!йна модель опрацввання результата ви»!рввань дозволяе эняти зеування оц!нок F(TjL)i& . йо обуковлене нер1вн1сти д1сперсП в i д-творення миттевого ККД та зменьшуе п1дсумкову похибку визначення паспортних даних сонячного колектора.

9. Розроблона, затвердявна та застосовуеться при розробцi колэ-ктор1в в НД1СГ ( м. Ки1в ) методика випробувань, що базуеться на

опрацзйанш результатов випробуьапь звааоник патовой найионьиих КЕадрат1в. Розроблена програна для опрацаваккя результата та ви-значвння добутку оптичного ККД та коеф1ц1ента ефектмвност!, до-Сутку коефЩ1енга теплових втрат та ковф1ц!ента ефективност! разок э дов1рильниии 1нтервалами i кореляцШшм моментом,

10. Експерименталыю ьстановлена iстотШстъ 1нф1льтрацП в по-в!тряному щшм1нку колектора. 1нф1льтрац1я через вентиляцШшй OTßlp д1аметрвк 15 ьш призводить до зб!лыаення теплоьих втрат на 30% та в1дпов1дноиу зменьшенню ККД на 12'/.. Б результат! експерн-ыентального доШдлення впливу тепло1зольованс1' т р у б н о ï обв'язкн на загальний коеф!ц1ент теплових втрат сокячного колектора визна-чено, що коений метр тепло1зольвано1' трубнсп обв'язки зб1льмуе коеф1ц1€нт теплових втрат колектора на 0,43 Вт/(а2,К) 1 ць величину необх!дно ураховузати при визначенн! теплопродуктнвност! систем сонячного теплопостачання.

Основний зи!ст дисертацП опубл!ковано в сл1дуючих роботах:

1. Нойсеенко В .В., Имедрик ft.fi., Легкук E.H., Смирнов С.Б, Обработка результатов испытаний солнечных коллекторов вэвевоп-нкй методой наименьших квадратов // Строительные материалы, изделия и санитарная техника, 1989, вып.12. - с. 120-123

2. Иойсевкко В.В., Смирнов C.B. Численное исследование тепловых потерь солнечного коллектора при поглощении излучения прозрачный покрнтиеи // Гелиотехника, 1990, КЗ, с. 7-9

3. Нойсеенко В.В., Ферт Й.Р. Оценка радиационного теплообмена при испытаниях солнечных коллекторов на стенде - икитаторе солнечного излучения // Гелиотехника, 1990, Кб, с. 10-14

4. Солнечный коллектор, fi.с. H 1536178 СССР, НКИ F 24 3 2/26 / Нойсеенко В,В., Легкун C.B. - 3 с.

5. Солнечный коллектор, ft.c. H 164388В, МКИ F 24 3 2/26 / койсеенко В.В., Логкун Е.П., Смирнов С,В. - 2 с.

6. Полый световод для немонохрокатического излучения, il.с.

H 1Б37033 СССР, МКИ Б 02 В В/00, F 21 U 8/00 / Нойсеенко В.В,, Зельцер ft.S., Легкун Е.П., Смирнов С,В. - 4 с.

7. Мыико В.Л., Койсеенко В.В., Смирнов С.И., Смирнов C.B. Оптимизация толщин воздушного зазора и тыльной тепловой изоляции плоского солнечного коллектора. Гелиотехника, 1991, fil, с. 15-16

8. Койсеенко В.В., Смирнов C.B., Легкун Е.П., Инерх Й.С, Анализ погрешностей при испытаниях солнечных коллекторов Jt Строительные материалы, изделия и санитарная техника, 1931,

вып.14, - с, 65-68 ,

9. Мойсеенко В.В., Смирнов С.В, Методическое обеспечение инженерных расчетов гелиосистем теплоснабжения. Водоснабжение и санитарная техника, 1991, N3, с. 31-32

10. Тарнижевский Б.В., Мылко Ю./1., Мойсеенко В.В, Обобценный критерий оптимизации конструкций плоских солнечных коллекторов // Гелиотехника, 1992, N4, с. 31-34

И, Мойсеенко В.В. Манко Я.Л., Смирнов C.B. Численное системное исследование солнечного коллектора // Гелиотехника, 1992, N5, с. 29-31

12. Тарнижевский Б,В., Мойсеенко В.В., Мин о К.Л,, Смирнов С.В, Системный анализ солнечного коллектора на основе обобщенного критерия // Гелиотехника, 1992, N5, с, 32-37

Шдп. до друку/9 01 Ц ■ Формат 60x 84Vie. ílanip друк. .Vs¿ . Сп'ic i б друку офсстний. Умопи. друк. арк. »,4$ . Умовн. фарГш-вЦгё. 4,(6 . Обл.-вид. арк. 1,0 Тираж 1 СО ■ Зам. Ki у -б . Беэплатно._

Ф!рма «В1ПОЛ» 252151, Khîei, вул. Волинська, 61).