Исследование работы ГЭТУ в режиме солнечного нагрева воды в бойлере

⇐ ПредыдущаяСтр 16 из 20Следующая ⇒

Гелиоколлекторустановлен на открытой площадке, с углом наклона к горизонту 45º. Рабочаяповерхность направлена на юг. Выбранное место в течении светового дня не затеняется окружающими предметами.

Все трубы, находящиеся вне помещений, для снижения потерь тепла покрыты теплоизоляцией. Термодатчики устанавливаются к присоединительным местам с применением термопасты.

Целью натурных испытаний солнечного водонагревателя является определение его основных теплоэнергетических характеристик вклиматических условиях г. Алматы.

Во время опытов измерялись плотность солнечной радиации, начальная температура нагреваемой воды;температура воды в верхней и нижней частях бака, температуратеплоносителя на входе гелиоколлектора и на выходе из него; продолжительность нагрева воды, температура воздуха в помещении, температура наружного воздуха, скорость ветра, расход электроэнергии на работу насоса. Измерения и испытания проводились в соответствии с методиками, приведеннымив [32,33].

Важным энергетическим параметром солнечноговодонагревателя является его к.п.д.. Его расчетное значение определяют как произведение к.п.д. составных элементов установки:

, (44)

где – к.п.д. гелиоколлектора; – к.п.д. трубопроводов, соединяющих гелиоколлектор с накопительным баком; –к.п.д. накопительного бака.

Значения и обычнонаходится в пределах 0,9…0,95.

К.п.д. гелиоколлектора изменяет свое значение в течение дня и в течение года, в зависимости от температуры коллектора и температуры окружающей среды, а также от величины падающего излучения. Расчетное значение определяют поформуле, приведенной в [33].

Определение к.п.д. солнечного водонагревателя путем натурных испытаний в реальных условиях дает более объективную картину теплообменных процессов, происходящихв установке. При этомк.п.д. установки определяется по формуле:

(45)

гдеQ_пол– полезная энергия, затраченная нагрев воды, кВт·ч;

Q_сол–солнечная энергия, поступающая на поверхностьгелиоколлектора, кВт·ч;W_э– электроэнергия, затраченная на работу насоса, кВт·ч.

Причем

, (46)

E_сS_апτ (47)

где с_в– удельная теплоемкость воды, 4,19 кДж/кг;

m_в– масса воды в баке,m = 500 кг;

t_в.кон–конечная температура воды в баке, ºС;

t_в.нач– начальная температура воды в баке,ºС;

Е_ссредняя за время испытаний интенсивность солнечной радиации, поступающаяна наклонную поверхность гелиоколлектора, Вт/м²;

τ– продолжительность нагрева, ч;

S_апплощадь апертуры гелиоколлектора,котораяопределяется по выражению:

м², (48)

где L_эф– эффективная длина колбы, т.е. длина ее незакрытой части;

d_вн– наружный диаметр внутренней стеклянной трубки;

n_кколичествоколб.

Средняя за время испытаний тепловая мощность, затрачиваемая на нагрев воды:

(49)

Удельная теплопроизводительность (кДж/м²) установки на 1 м² площади апертуры гелиоколлектора определяется по формуле:

(50)

На рисунках 31…33 показана динамика изменения температур теплоносителя в гелиоколлекторе, технологической воды в баке инаружного воздуха в течение светового дня и суток в характерные холодные и теплые месяцы года. Результаты расчетов по определению теплоэнергетических параметров солнечного водонагревателя приведены в таблице 6.

На рисунке 29показана динамика суточного изменения температур теплоносителя на выходе из коллектора, воды в баке и наружного воздуха, полученная в ходе натурных испытаний солнечного водонагревателя в холодные днифевраля.

Анализэкспериментальных данных и результатов расчетов показывает, что в течение первого дня, когда температура наружного воздуха (Тн.в)изменилась в пределах–13 ºС…–7 ºС при ясной погоде, гелиоколлекторнагревает воду в бакеот 24 ºС до 44 ºС, а затем в ночное времяпроисходит понижениетемпературы водыдо 41 ºС при пониженииТ_н.вночью до21 ºС.В следующий световой день она нагревается до температурыдо 57 ºС при колебании Т_н.вв пределах –20 ºС…–10 ºС. В первый день степень нагревасоставила 44–24=20 ºС, а во второй день57–41=16 ºС, что составляют соответственно 44%и 35%требуемого значения (60–14=46 ºС), а при этом к.п.д.составляет 0,56 и 0,5 соответственно.

Т_к.выхтемпературатеплоносителя на выходе из гелиоколлектора; Т_бсредняя температура воды в баке; Т_н.втемпературанаружного воздуха

Рисунок 31–Динамика суточного изменения температур теплоносителя на выходе из коллектора, воды в баке и наружного воздуха (дата проведения –05.02.2014 –06.02.2014)

В результате повышения температуры наружного воздуха и интенсивности солнечной радиации в марте степень нагрева воды в баке при Т_н.в= 8…21 ºС составила50–14=36ºС и40–19=21 ºС при яснойпогодеипеременнойоблачностисоответственно (рисунок 32а и 32б). Указанные степени нагрева соответствуют78%и 46%требуемого значения (46 ºС). При этом к.п.д. установки повышается до 0,65.

На рисунке 33а и 33б представлены результаты испытаний, проведенных в начале июля. Анализ данных показывает, что вакуумированный гелиоколлектор с тепловыми трубками способен нагреть воду объемом 500 л от 22 ºС до 70 ºС при ясной погоде и колебании Т_н.в в пределах 26…31 ºС, а при переменной облачностидо 55 ºС. Степень нагрева воды составляетсоответственно 48 ºС и 33 ºС, что соответствует 120% и 82,5 %требуемогозначения (60–20=40 ºС). Благодаря значительному снижению тепловых потерь, к.п.д. установки в июлевозрастает до 0,7.

а) б)

а)результаты испытаний, проведенных 13.03.2014;

б)результаты испытаний, проведенных 18.03.2014;

Т_к.выхтемпературатеплоносителя на выходе из гелиоколлектора;Т_бсредняя температура воды в баке; Т_н.втемпературанаружного воздуха

Рисунок 32–Динамика суточного изменения температур теплоносителя на выходе из коллектора, воды в баке и наружного воздуха

а) б)

а)результаты испытаний, проведенных 03.07.2014;

б)результаты испытаний, проведенных 08.07.2014,

Т_к.выхтемпературатеплоносителя на выходе из гелиоколлектора; Т_бсредняя температура воды в баке;Т_к.вхтемпературатеплоносителя на входегелиоколлектора; Т_н.втемпературанаружного воздуха

Рисунок 33–Динамика суточного изменения температур теплоносителя на входе и выходеколлектора, воды в баке и наружного воздуха

Как показывают расчеты, количество полезной солнечной энергии, затрачиваемой на нагрев технологической воды, в начале февраля составляет11,63 кВт·ч в день, в середине марта20,93кВт·ч в день, а в начале июля– уже 27,91 кВт·ч в день.

Таким образом, результаты натурных испытаний солнечного водонагревателя, состоящего извакуумированного трубчатого гелиоколлектора с тепловой трубкой и площадью апертуры 5,7 м² и бойлера вместимостью 500 л, показали, что в климатических условиях г. Алматыпри отрицательной температуре наружного воздуха –10…–15 ⁰С к.п.д. установки может составить не менее 0,5, а степень нагрева технологической воды может достигать 20⁰С, т.е около 40 % от заданной.В весенний и летний периоды к.п.д. может составить от 0,6 до 0,7, а вода в баке нагревается от начальной температуры 14…22 ⁰С до 50… 70 ⁰С. При этом вклад солнечной энергии в приготовлении горячей воды составляет зимой не менее 40%, а летомне менее 80%.

Таблица 6–Результаты расчетов по определению теплоэнергетических параметров солнечного водонагревателя

Датаи время проведения	05.02.14 9⁰⁰–24⁰⁰	06.02.14 0⁰⁰–17⁰⁰	13.03.14 9⁰⁰–18⁰⁰	18.03.149⁰⁰–18⁰⁰	03.07.14 9⁰⁰–18⁰⁰	08.07.14 9⁰⁰–18⁰⁰
Погода	ясно	ясно	ясно	обла.	ясно	Перемен. обла.
Средняя за время испытаний интенсивность солнечной радиации, поступающая поверхность коллектора, Вт/м²	449,6	427,6	619,9	359,8	761,4	518,4
Температура наружного воздуха в дневное время, С	–13…–7	–20–10	8…21	10…16	27…36	25…33
Начальная температура воды в баке,°С	24	40	14	19	22	22
Средняя температура воды в баке в конце нагрева, °С	44	57	50	40	70	55
Степень нагрева воды, °С	20	17	36	21	48	33
Расход электроэнергии на работу насоса, кВт·ч	0,27	0,27	0,45	0,61	0,81	0,43
Полезная энергия, затрачиваемая на нагрев воды, кВт·ч	11,63	9,9	20,93	12,21	27,91	19,19
Солнечная энергия, поступающая на гелиоколлектор, кВт·ч	20,5	19,5	31,8	18,46	39,1	26,6
К.п.д установки	0,56	0,50	0,65	0,64	0,7	0,71
Средняя тепловая мощность, затрачиваемая на нагревводы, кВт	1,45	1,24	2,32	1,35	3,1	2,13
Удельная теплопроизводительность установки на 1 м² площади апертуры,кДж/ м²	7344	6264	13212	7704	17640	12132

Экспериментальные данные по солнечному нагреву водыв бойлере можно использовать для оценки степени адекватности математической модели (29). Если по математической модели (28) средняя температура воды в феврале повышаетсяот 24 ºСдо 46 ºС, топо экспериментальнымона повышается от 24 ºСдо 44 ºС, т.е. погрешность составляет 4,5%. По математической модели (29)в июлетемператураповышается от22 ºСдо 68,5 ºС, а по экспериментальным даннымот 22 ºСдо 70 ºС,т.е. расхождениесоставляет 2,1%. Следовательно,предложенную модель (29) по солнечному нагреву можно рекомендовать для использования в инженерных расчетах.

Имея приведенные в таблице 6 экспериментальные данные о количестве полезной солнечной энергии, полученные в феврале, марте и июле, можно подсчитать ориентировочно суммарное годовое значениеполезной солнечной энергии, расходуемой на нагрев воды в бойлере вместимостью 500 л.Для этого умножаем среднедневное значение полезной энергии для каждого месяца на число дней соответствующего месяца, а затемполученные результаты суммируем, в итоге, получим: 9·31+11,63·28·+18·31+20·30+23·31+27·30+28·31+28·31+27·30+23·31+20·30++11,5·31=7502,14 кВт·ч.

Таким образом, экспериментальный образец ГЭТУ за счет использования всесезонного вакуумированного трубчатогогелиоколлектора с тепловой трубкой и площадью апертуры 5,7 м² позволяет экономить не менее 7500 кВт·ч электроэнергии.

Полученные результаты свидетельствуют о целесообразности круглогодичного использования вакуумированных трубчатых гелиоколлекторов для горячего водоснабжения в южных регионах республики,

Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 272; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 11 12 13 14 151617 18 19 20 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!