автореферат диссертации по строительству, 05.23.03, диссертация на тему:Тепловые характеристики солнечных коллекторов из полимерных материалов

КИЇВСЬКИЙ ДЕРІАВНИИ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ , БУДІВНИЦТВА І АРХІТЕКТУРИ

Смірнов Сергій Валентинович

ТЕПЛОВІ ХАРАКТЕРИСТИКИ СОНЯЧНИХ КОЛЕКТОРІВ 13 ПОЛІМЕРНИХ МАТЕРІАЛІВ

05.23.03 - Теплопостачання, газопостачання, вентиляція, кондиціонування повітря та освітлення

АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наднового ступеня кандидата технічних наук

Київ 1993

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Державному науково-дослідному Інституті- • санитарної техніки та обладнання будівель 1 споруд.

Науковий керівник: кандидат технічних наук,

с.н,с. Остапу*енко П.Г.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук*

професор Б.Х.Драганов, кандидат технічних наук Ввачко H.A. .

Провідна організація: Інститут КиївЗНДІЕП

Захист відбудется “_______"________________ 1994. р. о _'Х год.

на засіданні спеціалізованої вченої ради К 068.05.08 у Київському Деріавному технічному Університеті будівництва і архітектури за адресою: 252037, Київ-37, Повітрофлотський проспект, Зі.

З дисертаціє! моїна ознайомитися у бібліотеці КДТУБА за . адресою: 252037, Київ-37, Повітрофлотський проспект, 31. .

Автореферат розісланий -----199^р.

Вчений секретар спеціалізованої ради, канд.техн.наук, професор

В.Ф.Накорчевська

Актуальність теми. Використаний сонячної енергії ак засоба енергозбереження, захисти навколишнього середовища та економії грошових коштів набуває для України все наростаюче значення.

Сонячне теплопостачання дозволяє змеїшити використання паливних ресурсів, в першу чергу в гарячому водопостачанні та низькотемпературному опаленні децентралізованих споживачів;' Сонячні колектори ССИ) ВО "СЮтепломаа" та деякі другі конструкції, що вживаються на Україн1(матеріало- та металоємкі, мазть низьку корозійну стійкість та високу вартість, цс гальмує розвиток сонячного теплопостачання. Цим поясняється актуальність створення сонячного колектора із полімерних матеріалів, Крім низької вартості виробу, яка досягається завдяки низькій енергоємності при переробці пластмас, полімерні матеріали мають такі переваги, як мала вага та хімічна інертність до теплоносіїв, цо придає сонячним колекторам абсолютну корозійну стійкість.

Створення сонячного колектора із полімерних матеріалів є складною комплексною задачею, вирішення якої потребує підвищення термо- та світлостійкості-полімерних матеріалів, розробки конструкції, створення технологічного обладнанню 1 організації їх промислового виробництва. Ця задача була вирікана в рамках програми ДКНТ "Розробити конструкцію, технологів виготовлення та здійснити серійне виробництво сонячних колекторів нового покоління" в частині "Розробити конструкцій, технологій виготовлення та здійснити серійне виробництво сонячних колекторів Із полімерних матеріалів". Дисертація відбиває суттєвий розділ вказаної комплексної роботи, по полягає в рішенні задачі створення ефективного сонячного колектора Із полімерних матеріалів на основі проведення теоретичних та експериментальних досліджень.

• Мета роботи полягає в дослідженні теплових процесів в сонячному колекторі із полімерних матеріалів та розробці ефективних конструкцій. .

■ Основні задачі досліджень: -

- розробити математичний опис процесів теплопередачі в сонячному

колекторі Із полімерних матеріалів та його програмне забезпечення для ЕОМ; .

- дослідити вплив особливостей полімерних матеріалів на теплопро-

дуктивність сонячного колектора, враховуючи теплове випроміню-вания-та затінення поглинаючої поверхні 1 визначення взаємозв’язку між теплопровідністю та геометричними параметрами поглинаючої панелі;

' - І - ■

- визначити гідродинамічні характеристики поглинаючої панелі колекторного типу та вплив нерівномірності розподілу потоку рідини на ефективність сонячного колектора;

- експериментально дослідити створені сонячні колектори на стенді-

Імітаторі сонячного випромінювання. Порівняти результати експериментальних та чисельних досліджень; •

- розробити рекомендації по створенню та експлуатації конструкцій полімерних сонячних колекторів і оцінити економічну ефективність.

Наукову новизну роботи складають;

- розробка полімерних сонячних колекторів для екструзійної техно-

логії виробництва на основі математичного опису процесів теплопередачі, враховуючі теплотехнічні та оптичні властивості матеріалів; .

- результати експериментального визначення комплексних теплових параметрів сонячних колекторів Із полімерних матеріалів;

- результати дослідження впливу на ККД теплового перевипромінюван-. ня елементів поглинаючої поверхні сонячного колектора, затінення

поглинаючої панелі та розподілу потоку рідини у каналах поглинаючої панелі; '

- теоретичні рівняння для обчислення коефіцієнту термічної ефективності та повного коефіцієнта теплових втрат низькотемпературних сонячних колекторів з верхньою та нижньою поглинаючою пластиною.

Практична цінність роботи полягає в створенні ефективної і , технологічної конструкції сонячного колектора із полімерних матеріалів. Розроблено методичне та програмне забезпечення для конструювання полімерних сонячних колекторів. Розроблений пристрій для виготовлення поглинаючої панелі сонячного колектора, на який отримано позитивне ріізення на авторське свідоцтво (И 4946188/03). Результати дослідгень використані при розробці конструкції для промислового виготовлення сонячного колектора на МП "Доля". Річний економічний ефект від впровадження 10 тис. м2 полімерних сонячних колекторів становить 5400 тис. крб. в цінах І990 року. •

Апробація роботи. Матеріали дисертаційної роботи доповідались та обмірковувались на 5і-й науково-технічній конференції Київського інженерно-будівельного Інституту; республіканському семінарі "Проектування, будівництво та експлуатація установок сонячного теплохолодопостачання" См.Київ, 1988 р.), республіканському семінарі "Підвищення ефективності установок сонячного теплохолодопос-. тачання" (к.Київ,1950 р.), республіканській науково-технічній кон-

фвренції "Використання сонячної енергії в народному господарстві" (м.Таикент, 1991 р.), республіканській науково-технічній конференції "Сонячна енергетика: сучасний досвід та Україна" (м.Кнїв,

1991 р.), семінарі республіканської виставки "Енергозбереїення-92" (м.Київ, 1992 р.).

Публікації, По темі дисертації опубліковано 10 робіт, в тому числі 1 авторське свідоцтво на винахід. ,

Структура та обсяг роботи: дисертація складається Із всту-

пу, чотирьох розділів, загальних висновків, бібліографії з 93 найменувань та восьми додатків. Викладена на 16? сторінках иаиинопис-ного тексту, враховуючи 22 таблиці та 57 малюнків.

ЗМІСТ РОБОТИ.

У вступі обгрунтовується актуальність роботи та подасться її коротка характеристика,

У периому розділі викладено огляд Існуючих закордонних полімерних конструкцій сонячних колекторів та способів їх виготовлення, показані необхідні для цього виробу властивості полімерів. Визначено, що створення полімерного сонячного колектора є комплексна задача, яка потребує розробки спеціальних полімерних матеріалів поглинаючої панелі та прозорого покриття, проведення випробувань цих матеріалів на старіння та розробки технологічного процесу виробництва.

Аналіз особливостей теплових та гідродинамічних процесів в полімерному сонячному колекторі показав необхідність іншого підходу для визначення його характеристик.

' Необхідно змінити розрахункові моделі, щоб урахувати:

1 .-Особливості полімерних матеріалів: низьку теплопровідність полімерного матеріалу поглинаючої панелі, наявність пропускаючої здатності прозорого полімерного покриття в інфрачервоному діапазоні;

2. Особливості полімерних конструкцій:

- наявність звернутих одна до другої 1 близько розташованих кри-

волінійних поверхонь поглинаючої панелі, що обумовлює їх теплове перевилромінювашія; .

- зміна поглинання та теплових втрат поглинаючої панелі з верх' ньою прозорої) 1 нижньою чорною пластинами в порівнянні з традиційною, що має верхню чорну пластину;

- виготовлення поглинаючої панелі малої ширини, обумовлене тех-і'

нологієв виробництва, чо викликає затінення поглинаючої панелі боковими стінками; .

- наявність великої кількості під'ємних каналів поглинаючої панелі вимагає підвищеної уваги до забезпечення рівномірності витрати теплоносія по трубчатих гратах, ■

Аналіз математичних моделей сонячних колекторів дозволив зробити висновки, що: '

- для повного опису теплових процесів, протікаючих у колекторі, необхідно 1 достатньо одноелементної нестаціонарної моделі, яка базується на довідкових метрологічних даних 1 дозволяє визначити не тільки миттєвий ККД, а і інтегральні теплові характеристики сонячних колекторів:

- вплив теплопровідності полімерного матеріалу на геометричні па-

раметри листотрубної поглинаючої панелі доцільно визначити на оп-тимизаційній моделі: .

- урахування особливостей полімерних конструкцій слід проводити на

часткових моделях. .

У другому розділі проводиться моделювання та експериментальне визначення теплових характеристик сонячного колектора Із полімерних матеріалів. . •

Математичний опис процесів теплопередачі в колекторі у вигляді диференційного рівняння .

Со, а'Т*т’ - р'[ -Мгт-Та.)] - 2ССр (Тт -Ті,і)/д( (1)

сСТ* ■ .

де приведена теплоємність сонячного колектора складається Із теплоємності поглинаючої панелі, теплоізоляції та прозорого покриття

Теплова продуктивність за годину колектора визначається як

ОМ^і -т^]} - (З,

- СаХТ,^ +ТІ)/3600. '

В зв’язку з тим. цо в кінці розрахункової години НТт-<?, середня температура теплоносія дорівнює

т., . .Т... '<>

Л V 1 гССр ’

Де визначається по стаціонарній моделі Хотеля-Яілера-

Бліса.

Граничними умовами рівняння (3) є

а-г..п) = .

Тепловтрати з лицьової поверхні знаходяться в результаті рішення балансових рівнянь поглинаючої поверхні та прозорого покриття. При визначенні тепловтрат беруться до уваги втрати за рахунок пропускної здатності покриття у Інфрачервоному діапазоні. По відомим залежностям визначаються тепловтрати з тильної поверхні колектора, коефіцієнт конвективної тепловіддачі мін панеллю та покриттям, між покриттям та навколишнім середовищем. Використовуючи довідкові дані годинних сум прямої та дифузної сонячної радіації визначається густина потока сонячної радиації на поверхню нахиленого колектора.

З допомогою математичного опису визначається повна теплова характеристика основних конструктивних рішень сонячних колекторів, яка вмішує в себе: коефіцієнт ефективності поглинаючої панелі сонячного колектора, повний коефіцієнт тепловтрат, кожногодинну середня температуру теплоносія в колекторі, кожногодинну теплову продуктивність 1 ККД, визначені як.по стаціонарній, так і по динамічній моделі, середньодобову теплову продуктивність та Інтегральний ККД дослідованого колектора.

В роботі розглянуті три варіанти сонячного колектора - з плоскою, трибчато® та листотрубною поглинаючою панеллю (мал.і). Одержані вирази для визначення коефіцієнта ефективності вказаних поглинаючих панелей з урахуванням низької теплопровідності полімерного матеріалу.

Для плоскої конструкції:

' ■ -

' г<_________^________ (5)

-і- «■-*- + Ж ' Кк Л •

Для листотрубної конструкції:

л. .

Г‘= —"7------------^-------------7~<—5г---»--------—=-(60

'я [ Кксм-г^ч-г* + + ^Єк *2Кк )]

Для трубчатої конструкції: ■

' і ____________Кк_____________________________

1 І 2 [ Єп[2/С2-*)] 1 (7)

^гн-«(Л*5) . т,х і.

Дослідження проведене у двох ренииах роботи: низькотемпературному (35 °С) та режимі гарячого водопостачання С 55 °С З. В розрахунках прийняті широти від 40 до 56 град.п.ш., які охоплюють усю територію України 1 території країн СНД, де доцільно використуван-ць _ § _

Мал.2, Динаміка зміни теплової їал.З. Середня денна теплова про-продактивності на протязі світ- дуктивність у залежности від гео-лового дня. графичної иироти.

н - низькотемпературний режим, г - режим гарячого водопостачання.

1 - плоска, 2 - листотрубна. З - трубчата поглинавчі панелі.

Вплив теплоємності колектора на його теплову продуктивність показано на прикладі конструкції з плоскою поглинаючою панеллю.

Якщо сумарна денна теплова продуктивність, визначена по стаціонарній 1 динамічній моделям, відрізняєтся незначно (до 4/0 то в умовах нагріву стаціонарна модель підвищує, а в умовах охолодження знижує теплову продуктивність колектора до 142, що необхідно враховувати. якщо відбір гарячої' води проводиться опівдні та в кінці світлового дня.

Визначено вплив пропускної спроможності покриття з прозорих полімерних матеріалів у інфрачервоному діапазоні на теплову продуктивність. Зниження середньоденної теплової продуктивності для режиму гарячого водопостачання суттєво при використанні полімерних прозорих покрить, що містять фтор, маючих Т* = 602 величина <?*/> зменшується на 23Х, Для низькотемпературного режиму 0зменшується на 6Х. Тому для режиму гарячого водопостачання треба використовувати полімерні покриття з невеликими значеннями її, такі як, наприклад, поліметілметакрілат.

Експериментальні дослідження виконані на стенді-імітаторі сонячного випромінювання НД1СТ. Стенд-Імітатор дозволяє випробувати сонячні колектори в стаціонарних умовах, моделюючих спектральні потужності та просторові характеристики наземної сонячної радіації.

Як об’єкти досліджень були використані слідуючі зразки со-

нячних колекторів: Г

1. З плоскою поглинаючою панеллю, виконаною з листового поліпропілену, товщиною 1 ми: '

2. 3 трубчатой поглинаючою панеллю, виконаною з поліпропіленових труб, чільно укладених одна до другої, наружним діаметром 20 мм;

3. Сонячний колектор з листотрубною поглинаючою панеллю В0 "Сіб-тепломаш".

Характеристики колекторів визначені на основі використання регресійної моделі обробки результатів випробувань. Лінійна апроксимація одержаного набору точок виконана зваженим методом найменших квадратів. .

Разом з випробуванням було проведене чисельне дослідження випробуваних зразків на основі математичного опису. Як вихідні дані були використані геометричні розміри конструкцій та стаціонарні ум"ови випробувань. Комплекс теплових параметрів, одержаних при чисельному дослідженні; дозволяє обгрунтувати основні параметри колектора, одержані експериментальним шляхом. .

Результати випробувань показані на, мал.4.

Кал.4. Результати випробувань. Мал.5, Зміна ККД СК за рахунок

1 - СК з плоскою поглинаючою теплового перевипромінювання.

панеллв: 2-з трубчатою па- 1 - з тепловим перевипромінюван-

неллю; 3 - з металевою листо- ням, 2 - без перевипромінювання.

трубною панеллю.

Добуток оптичного ККД та коефіцієнта ефективності поглинаючої панелі р'СТ-О - виде у полімерних конструкцій в порівнянні з сталевою на 2-5%, що пояснюється більиов пропускною спроможністю

- 8 - '

И сонячному спектрі полімерної плівки в порівнянні з склом. Добуток загального коефіцієнта теплових втрат та коефіцієнта ефективності поглинаючої панелі Г'Кк нижче а сонячного колектора з сталевою поглинаючою панеллю в порівнянні з полімерними на І4-18Х, що пояснюється наявністю часткової пропускної спроможності полімерної плівки у інфрачервоному спектрі та більшим коефіцієнтом ефективності сталевої поглинаючої панелі в порівнянні з полімерними, перевищення якого становить 2-3%.

У третьому розділі досліджено вплив конструктивних параметрів сонячного колектора Із полімерних матеріалів на його теплові характеристики. ' •

Трубчата та листотрубна конструкції поглинаючої панелі мають обернені одна до другої та близько розташовані поверхні, що викликає їх теплове перевипромінювання. Указаний ефект розглянуто на прикладі сонячного колектора без прозорого покриття, де весь радіаційний потік,вЛд нагрітої поглинаючої панелі надходить у навколишнє середовище. Розроблена модель розрахунка, баланс тепла, який ураховує не тільки падаюче зовнішнє випромінювання, відведення корисного тепла, конвективні та радіаційні тепловтрати, але й теплове перевипромінювання як ребра та трубних повєрхней, так 1 трубних повєрхней мін собою. Результати чисельного дослідження показані на мал.5, який показує зміну ККД колектора за рахунок теплового перевипромінювання в залежності від відношення довжини ребра і, к радіусу труби Я. .

Полімерні матеріали дозволяють створити сонячний колектор, в якому поглинаюча панель має верхню прозору пластину і чорну нижню. В даному випадку сонячне випромінювання, проходячи крізь верхню пластину та шар води, поглинається нижньою пластиною. Зіставлення теплових характеристик сонячних колекторів традиційного виконання з верхньою поглинаючою пластиною та колектора, що має нижню поглинаючу пластину виконано для сонячних колекторів, які складаються із' одної поглинаючої панелі. Розроблена розрахункова модель побудована на получених виразах для коефіцієнта ефективності поглинаючої панелі, повного коефіцієнта тепловтрат та температур двох поверхней обох пластин розглянутих поглинаючих панелей.

Коефіцієнт ефективності та повний коефіцієнт тепловтрат низькотемпературного колектора з верхньою поглинаючою пластиною;

_ о _

Коефіцієнт ефективності та повний коефіцієнт тепловтрат низькотемпературного колектора з нишньою поглинаючою пластиною:

ною ураховується пропускна здатність прозорої пластини і води,

В результаті чисельних дослідшень, виявлено:

- при малій теплопровідності матеріале поглинаючої панелі, порядку

0.2 Вт/Чм.К), доцільно хати мінімально допустиму товщину (1 мм) обох пластин, розглянутих поглинаючих панелей. Звільнення товщини ниїньої пластини колектора з.верхнім поглиначем незначно (до2'Л збільшує ККД при суттєвому (в декілька разів) збільиенні маси;

- збільшення теплопровідності до 2 Вт/Чк.Ю дозволяє збільшити товщину верхної пластини колектора традиційного виконання до

5 мм, практично не зменшує його ККД. що дозволяє створити напор-ний колектор. Для конструкції з ниїньою поглинаючою пластиною збільшення теплопровідності має негативний ефект;

- для конструкції з верхньою поглинаючою пластиною, при наявності вітру доцільно мати різнотовщинні пластини.

При порівнянні основних конструктивних рішень, сонячних колекторів з полімерних матеріалів було показано, що ефективність листотрубної конструкції мение ніш у конструкцій колекторів з плоскою та трубчатою поглинаючими панелями. З другого боку, порівнюючи ці конструкції по масовій характеристиці, була отримана зво-ретна картина, яка показує, що маса листотрубної конструкції менше ніш у двох других, що відповідно .зменшує 1 її собівартість. Тому визначено оптимальне співвідношення ефективності та маси листотрубної конструкції колектора. Критерій оптикизації а розгорнутому

При визначенні ККД колектора з нишньою поглинаючою пласта

(10)

Ш)

■ вигляді: .

^ тР[г'й(а'ь)^‘а)^[аТ(^+°-ш''1С^ (і2)

де ^ - товщина ребра. .

Одержаний вираз дозволяє вирішити задачд оптимізації листо-трубної поглинаючої панелі в залежності від товщини листа, діаметра та товщини стінки' труби, цільності та теплопровіднгісті матеріале панелі (не тільки полімерного). Кал.6 відображає залежність цільової функції від міжцентрової відстані при теплопровідності поглинаючої панелі, рівної 0.5 Вт/см.К), цо відповідає поліпропілену. Також бдли визначені оптимальні міжцентрові відстані листотрубної . конструції. виконаної з других матеріалів: міді, алюмінія, сталі, нержавіючої сталі. Прослідкувавши зміну оптимальних міжцентрових відстаней поглинаючих панелей з різною теплопровідністю була виявлена 1 оптимальна товщина листа для кожного типа матеріале. Лінійна апроксимація описується залежністьп:

5оПТ= 0.502-о.чіа^Л. И3)

В силу технологічних умов виробництва, конструкції сонячних колекторів з полімерних матеріалів мають невелику вирину, жо потребує визначення затінення поглинаючої п&нелі боковими стінками. З тією метоп була створена розрахункова модель затінення, яка дозволяє визначити зниження ККД за рахунок затінення при різних азимутах та кутах нахилу колектора до горизонту.

В основі розр&хункової моделі полягає одержаний вираз для визначення затінення поглинаючої панелі боковики стінками

. Д г £ Ц ху4„ ~-к

де тінеутворюючі кути визначаються як:

/ 9г )

' ііи 0(!к.Л '

(14)

іілХу =

слссо4 І

ІІИ у і\кі

і'х'-б, (13)

Со£

Хоі Хй -

1 " . <‘8>

Визначено зниження погодинної теплової продуктивності СК в залежності від висоти бокових стінок. Установлено, цо при ширині колектора 230 мм и висотах бокових стінок от 20 до би мм середньоденне зішієнкя теплової продуктивності СК за рахунок затінення складає від Б до 20'/., Аналіз результатів визначення затінення

- II - -

Мал.6. Залежність цільової Мал.7. Залевність відносного зна-

функції від міжцентрової чення ККД підйомних каналів від

відстані. Я = 7.5 нм. діаметрів збірних канал їв.Эл*.-8 ми.

Звичайно розрахунки сонячних колекторів засновані на припущенні про рівномірний розподіл потока по всім підйомним каналам поглинашчої панелі. При нерівномірному розподілі потоку фактичні теплові характеристики суттєво відрізнявтся від розрахункових, «о особливо суттєво для полімерних конструкцій, які вїдрізнявтся значно більшим числом підйомних каналів. Була розроблена гідродинамічна модель розрахунку, яка одервана на основі визначення ввид-кості теплоносія в кожному підйомному каналі та дозволяє визначити його локальний ККД та відносне значення ККД, яке показує відхилення локального від середнього значення ККД.

Результати чисельного дослідвеня показані на мал.7. ЦІ результати Сули використані для створення конструкції з рівномірним рухом теплоносія в каналах поглинашчої панелі.

В четвертому розділі показані розроблені конструкції сонячних колекторів з поглинашчими панелями колекторного типу, призначені для промислового виробництва на екструзійному та екструзійно-роздувному обладнанні. Для децентралізованого виробництва розроблені спірально-навивні конструкції. ■

Приведені рецептури.світло- та термостійких полімерних матеріалів на основі поліпропілену та прозорого плівочного покриття на основі поліетілеитерєфталата. Проведені прискорені випробування

на старіння сонячного колектора, що дало змогу зробити висновок про ' його працездатність протягом заданого строки служби. Розробка полімерних матеріалів 1 визначення строку служби сонячного колектора були виконані спеціалізованими організаціями на підставі технічних завдань, складених автором дисертації.

Показана технологічна схема виробництва сонячного колектора з полімерних матеріалів найбільи продуктивним методом екструзії трубчатого профілю. Визначена собівартість в порівнянні з економічними показниками сонячного колектора ВО "Сібтепломав". Розроблений сонячний колектор із полімерних матеріалів, вартість якого мєньи у 2 рази ніж у колектора із стальних панелей, що серійно виготовляється. При впровадженні полімерних колекторів досягається економічний ефект 5400 тис. крб. в цінах 1990 року від використання 10 тис. м2 сонячних колекторів.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ.

1. Для вирішення основної задачі дисертаційної роботи, яка полягає в створенні ефективних конструкцій сонячного колектора із полімерних матеріалів, виконано комплекс робіт, цо містить в собі створення спеціальних полімерних матеріалів, визначення строку їх служби, розробку та аналіз конструкцій сонячних колекторів та створення технологичного забезпечення виробництва.

2. Запропоновано математичний опис процесів теплопередачі в сонячному колекторі, який за допомогою розробленої Паскаль-програми для ЕОМ дозволяє:

- отримати повну теплову характеристику колектора в залежності від

зміни його геометричних параметрів та кліматичних умов;

- сформулювати рекомендації по створений оптимальної конструкції сонячного колектора;

- встановити оптимальні режими експлуатації сонячних колекторів.

3. В результаті проведених чисельних досліджень на основі розробленого математичного опису встановлено:

- низька теплопровідність полімерного матеріалу поглинаючої панелі знижує її ефективність до 3% в порівнянні з металевою;

- пропускна здатність полімерних прозорих покрить в довгохвильовому спектрі снижує денну продуктивность сонячного колектора на 2-23%, тому треба використовувати полімерні покриття з невеликими значеннями пропускної здатністі в довгохвильовому спектрі.

- конструкції сонячного колектора з плоскою та трубчатою логлина-

- ІЗ -

вчини панелями мають більшу ефективність, в зв’язка з чим їх середня денна теплова продуктивність вища, нін а констракцій з лис-тотрубнов поглинаючою панеллю на 25-28'/..

4. Експериментально визначені комплексни теплові параметри сонячних колекторів із полімерних матеріалів: для колектора с плоскою поглинаючою панеллю Г'(ТЛ) = 0.82, Р'К* = 7.45 Вт/(м2.Ю; для колектора с трубчатою поглинаючою панеллю р'ст-і); 0.85, р'Кк =

= 7.56 Вт/Смі.К). Ці результати практично збігаються з чисельними дослідженнями.

5. Розроблені розрахункові моделі та програмне забвспечення

по дослідженню впливу конструктивних параметрів сонячних колекторів із полімерних матеріалів на його теплові характеристики, які містять у собі: • .

- визначення оптимальних товщин пластин плоскої поглинаючої панелі

- вплив теплопровідності полімерного матеріалу на геометричні параметри листотрубної поглинаючої панелі;

- вплив затінення та теплового випромінювання поглинаючої панелі сонячного колектора на його теплову продуктивність;

- вплив розподіла потоку рідини в каналах поглинаючої панелі на ККД сонячного колектора.

6. Визначено вплив теплового перевипроміяювання сусідніх поверхней трдбчатої поглинаючої панелі на ККД сонячного колектора, з урахуванням якого ККД зростає на 6-і5%. Встановлено вплив затінення поглинавчої панелі на теплову продуктивність сонячного колектора. Визначено, що без обгрунтовання висоти повітряного проміжку та ширини поглинаючої панелі середньоденне зниження теплової продуктивності колектора за рахунок, затінення може досягати 20'/..

7. Одержано вирази для визначення коефіцієнту ефективності

•та ловнл~о коефіцієнту тепловтрат низькотемпературного колектора з верхньою та нишьою поглинаючою пластиною. Виявлено, цо конструкція сонячного колектора без прозорого покриття, з верхньою поглинаючою пластиною, має на ЪУ. більший ККД, ніж конструкція з нижньою поглинаючою і верхньою прозорою пластиною. Визначено, що при мінімально допастимих значеннях товщини пластин поглинаючої панелі, складаючих 1,0 мм, досягаються максимальні значення ККД. Установлено, що при наявності відру необхідно мати різнотовщинні пластини поглинаючої панелі. Одержано позитивне рішення на авторське свідоцтво пристрою (Л 4946168/03), за допомогою якого можна виготовляти поглинаючі панелі з різною товщиною стінок. .

8. Визначено вплив теплопровідності на геометричні парамет-

ри листотрубної поглинаючої панелі. Установлено, що довяина мі«-трубної відстані листотрубної поглинаючої панелі знаходиться у інтервалі 5-15 мм. Одержана залежність теплопровідності матеріалу панелі від товчини листа.

9. Обгрунтовано співвідношення діаметрів підйомних труб та гідравличних колекторів сонячного колектора на основі гідродинамічного аналізу. Виявлено, що до конструкцій колекторів з полімерних матеріалів співвідношення діаметрів підйомних труб не повинно бути меншим, ні я 1:3, що у рівній мірі відноситься до конструкцій

з плоскою, трубчатою та листотрубнов панелями.

10. Розроблені та використовуиться у ііиенерній практиці методичні рекомендації по оптимізації геометричних розмірів поглинаючої панелі плоского сонячного колектора.

Основний зміст дисертації опубліковано в слідуючих роботах:

1. Смирнов C.B.,.Мойсеенко В.В., Смирнов С.И., 'Легкун Е.П. Особенности абсорбера солнечного коллектора из полимерных материалов //

Сб. Строительные материалы, изделия и санитарная техника. Киев, Будівельник, 1990, N 13, с.75-78,

2. Смирнов С.В,, Мойсеенко В.В., Солодовников Й.Г., Смирнов С.И., Легкун Е.П. Солнечные коллекторы на основе полимерных материалов // Аналитический обзор. Серия 10. Промышленность отопительного и сани-т.арно-технического оборудования. Москва, В1ШИЭСМ, 1990, Вып.З, 42 с.

3. Левинский Б.М., Смирнов С.И., Смирнев C.B., Сукиасян Х.Р. Оптимизация геометрии абсорбера плоского солнечного коллектора // Гелиотехника, Ташкент, ФАН, 1990, Н 3, с.3-7.

4. Смирнов С.В,, Мойсеенко В.Б. Спирально-навивные коллекторы // Сельское строительство, Москва, Агропромиздат, 1990, N 5, с.20-21.

5. Смирнов С.И., Смирнов С.В., Мойсеенко В.В., Легкун Е.П. Методи-

ческие рекомендации по .оптимизации геометрических размеров поглоца-юцей панели плоского солнечного коллектора с помощью программируемых микрокалькуляторов // Киев, НИИСТ. 19SQ, 24 с. .

6. Носовицкий А.Я., Легкун Е.П., Смирнов С.З. Новое отопительное

оборудование для индивидуального строительства // Водоснабжение и санитарная техника. Москва, Изд-во литературы по строительству, ' 1990, N 11, с.21-24. ' . '

7. Смирнов С.В., Мойсеенко В.В. Оорма для изготовления изделий из

термопластичных материалов. Резение о выдаче азторского свидетельства на изобретение по заявке N 4948163/05, 1331. .

8. Мойсеенко В.В., Смирнов С.В. Методическое обеспечение иніенерних

- 15 - ,

расчетов гелиосистоц теплоснабжения // Водоснабжение и санитарная техника. Москва, Изд-во литературы по строительству, 1991, Н 3, с.31-32. '

9. Смирнов С.В., Мойсеенко В.В.. Смирнов С.И. Численное исследование листотрубной поглоцающей панели солнечного коллектора // Судостроительная проыимленнность, Николаев, Румб, 1992, N 20, с.6-10.

10. Смирнов С,В., Мойсеенко В.В. Численное исследование математических моделей солнечного коллектора на примере полимерной кон-струкции//Гелиотехника, Ташкент, ФАН, 1993, N 1, с.40-43,

Основні позначення.

А - площа поглинаючої поверхні сонячного колектора, м2;Ср- теплоємність теплоносія, Дк/(кг.Н); 2 , ь - зовнівній діаметр та товщина стінки труби поглинаючої панелі, м; В, , - товщина верхньої та

нинньоі пластини поглинаючої панелі, м; F - коефіцієнт ефективності ребра; F' - коефіцієнт термічної ефективності поглинаючої панелі сонячного колектора; (г - об’ємні витрати теплоносія, мЗ/с; -А. -висота повітряного промінну міх прозорим покриттям та поглинаючою панеллю, м; *3 - інтенсивність сонячного випромінювання, Вт/м2;

Кіс - повний коефіцієнт теплових втрат сонячного колектора, Вт/(м2.К); Кя , Кт - коефіцієнт теплових втрат з верхньої та нижньої пластини поглинаючої панелі, Вт/(м2.К); і* - довжина сторінсонячного колектора, м; m - маса, кг; Q - питома теплова продуктивність сонячного колектора, Вт/м2; і - час, с; Та. -температура навколишнього середовища, С; Тт. - середня температура теплоносія, С; ^t» - коефіцієнт конвективно!' тепловіддачі від внутрішньої поверхні поглинаючої пластини до теплоносія, Вт/(м2.К);

•І - коефіцієнт поглинання сонячного випромінювання; £ - кут

нахилу ловерхні сонячного колектора до горизонта; 9 - кут падіння випромінювання, градус; 9% ~ зенітний кут, градус; Я - ко-

ефіцієнт теплопровідності матеріалу поглинавчої панелі', ВтЛм.К);

Р - густина матеріалу, кг/мЗ; 'С - коефіцієнт пропускання сонячного випромінювання прозорим покриттям; tt - коефіцієнт пропускання інфрачервоного випромінювання прозорим покриттям.